DE69534469T2 - Verfahren und Vorrichtung zur automatisierten Prüfung von Photomasken - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen das Gebiet elektrooptischer Überprüfungssysteme und insbesondere ein Überprüfungssystem, um ein Substrat zu überprüfen und ein Verfahren zum Überprüfen eines Substrats auf unerwünschte Teilchen und Merkmale.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Integrierte Schaltkreise werden durch photolithographische Prozesse hergestellt, welche Fotomasken oder Retikel und eine zugehörige Lichtquelle verwenden, so daß ein Schaltkreisbild auf einen Siliciumwafer projiziert wird. Ein hoher Produktionsausstoß ist davon abhängig, daß defektfreie Masken und Retikel vorliegen. Da es unvermeidbar ist, daß Defekte in der Maske auftreten, müssen diese Defekte gefunden und repariert werden, bevor die Maske verwendet wird.
  • Automatisierte Maskenüberprüfungssysteme existieren seit über 15 Jahren. Das früheste solche System, das Bell Telephone Laboratories AMIS-System (John Bruning et al., „An Automated Mask Inspection System – AMIS", IEEE Transactions on Electron Devices, Band ED-22, Nr. 7 Juli 1971, Seiten 487 bis 495) verwendete einen Laser, welcher die Maske abtastete. Nachfolgende Systeme verwendeten einen linearen Sensor, um ein Bild, welches von der Maske projiziert wurde, zu untersuchen, wie von Levy et al. (US-Patent 4,247,203, „Automatic Photomask Inspection System and Apparatus") beschrieben, der eine Chip-mit-Chip-Überprüfung, d.h. eine Überprüfung von zwei benachbarten Chips durch einen Vergleich miteinander, lehrt. Alternativ lehren Danielson et al. (US-Patent 4,926,489, „Reticle Inspection System") eine Chip-mit-Datenbank-Überprüfung, d.h. eine Überprüfung der Retikel durch Vergleich mit der Datenbank, aus welcher das Retikel erzeugt wurde.
  • So wie die Komplexität der integrierten Schaltkreise zugenommen hat, hat die Anforderung an das Überprüfungsverfahren zugenommen. Sowohl die Notwendigkeit kleinere Defekte aufzulösen als auch die Überprüfung größerer Bereiche haben, gemessen an der Zahl von Bildelementen, die pro Sekunde verarbeitet werden, zu viel höheren Geschwindigkeitsanforderungen geführt. Die erhöhten Anforderungen haben zu Verbesserungen geführt, welche in einer Anzahl von kürzlich erteilten Patenten beschrieben sind, wie zum Beispiel US-Patent 4,247,203 mit dem Titel „Automatic Photomask Inspection System and Apparatus", Levy et al., erteilt am 27. Januar 1981; US-Patent 4,579,455 mit dem Titel „Photomask Inspection Apparatus and Method with Improved Defect Detection", Levy et al., erteilt am 1. April 1986; US-Patent 4,633,504 mit dem Titel „Automatic Photomask Inspection System Having Image Enhancement Means", Mark J. Wihl, erteilt am 30. Dezember 1986 und US-Patent 4,805,123 mit dem Titel „Automatic Photomask Inspection and Reticle Inspection Method and Apparatus Including Improved Defect Detector and Alignment Subsystem", Specht et al., erteilt am 14. Februar 1989. Auch ist einiger Stand der Technik aus dem Gebiet der Waferüber prüfung relevant, wie zum Beispiel das US-Patent 4,644,172 mit dem Titel „Electronic Control of an Automatic Wafer Inspection System", Sandland et al., erteilt am 17. Februar 1987.
  • Eine weitere treibende Kraft für die Entwicklung verbesserter Überprüfungstechniken ist das Aufkommen der Phasenverschiebungsmaskentechnologie. Mit dieser Technologie wird es möglich, dünnere Linienbreiten, hinunter bis 0,25 Mikrometer oder weniger, zu drucken. Diese Technologie wird von Burn J. Lin, „Phase-Shifting and other Challenges in Optical Mask Technology", Proceedings of the 10th Annual Symposium on Microlithography, SPIE – the International Society of Optical Engineering, Band 1496, Seiten 54 bis 79, beschrieben.
  • Die oben angegebenen Verbesserungen lehren die automatische Erfassung von Defekten auf konventionellen optischen Masken und Retikeln. In all diesen Systemen wird eine konventionelle Beleuchtung verwendet und die Bilder werden von Sensoren mit linearem Array aufgenommen. Diese zwei Systementscheidungen begrenzen das Signal-zu-Rausch-Verhältnis und daher die Geschwindigkeit der Überprüfung.
  • Darüber hinaus wird eine Fotomaske in der Halbleiterherstellungsindustrie zu dem Zweck verwendet, während der Herstellung integrierter Schaltkreise, photolithographische Struktur auf ein Substrat, wie zum Beispiel Silicium, Galliumarsenid oder ähnliches zu übertragen. Die Photomaske weist typischerweise ein poliertes transparentes Substrat auf, wie zum Beispiel eine Quarzglasplatte, auf der eine dünne strukturierte undurchsichtige Schicht, welche eine Struktur aufweist, auf einer Oberfläche abgeschieden wurde. Typischerweise ist die strukturierte undurchsichtige Schicht Chrom mit einer Dicke von 800 bis 1200 Ångström. Diese Schicht kann eine Antireflexionsbeschichtung für Licht aufweisen, welche auf einer oder beiden Oberflächen des Chroms abgeschieden ist. Um funktionierende integrierte Schaltkreise mit einer hohen Ausstoßrate herzustellen, müssen die Photomasken frei von Defekten sein. Ein Defekt wird hier als eine unbeabsichtigte Veränderung der beabsichtigten photolithographischen Struktur definiert, welche während der Herstellung der Photomaske verursacht wird oder als eine Folge der Verwendung der Photomaske. Defekte können dadurch auftreten, daß ein Teil der undurchsichtigen Schicht in einem Gebiet der photolithographischen Struktur fehlt, in dem sie vorhanden sein sollte, daß ein Teil der undurchsichtigen Schicht in einem Bereich der photolithographischen Struktur vorliegt, in dem sie nicht sein sollte, daß chemische Flecken oder Rückstände von dem Photomaskenherstellungsprozeß vorliegen, welche eine unbeabsichtigte lokalisierte Veränderung der Lichttransmissionseigenschaften der Photomaske verursachen, daß bestimmte Verunreinigungen, wie zum Beispiel Staub, Lackflocken, Hautflocken, eine Erosion der photolithographischen Struktur in Folge elektrostatischer Entladung, Artifakte in dem Photomaskensubstrat, wie zum Beispiel Löcher, Kratzer und Rillen und lokalisierte Lichttransmissionsfehler in dem Substrat oder der undurchsichtigen Schicht vorliegen, sie sind jedoch nicht darauf beschränkt. Während der Herstellung der Photomasken wird eine automatisierte Überprüfung der Photomaske durchgeführt, um das Fehlen der zuvor genannten Defekte zu gewährleisten.
  • Es gibt zur Zeit zwei Verfahren für die Überprüfung strukturierter Masken oder Retikel. Eines dieser Überprüfungsverfahren ist Chip-mit-Chip, welches transmittiertes Licht verwendet, um entweder zwei benachbarte Chips oder einen Chip mit der CAD-Datenbank dieses Chips zu vergleichen.
  • Diese Überprüfungssysteme vom Vergleichstyp sind recht teuer, da sie auf einem Pixel-für-Pixel-Vergleich aller Chips beruhen und da sie notwendigerweise auf hochgenauen Verfahren zur Ausrichtung der beiden Chips zueinander beruhen, die zu irgendeiner Zeit für den Vergleich verwendet werden. Abgesehen von seinen höheren Kosten ist dieses Überprüfungsverfahren nicht in der Lage, Teilchen auf undurchsichtigen Bereichen des Retikel zu erfassen, welche die Tendenz haben, nachfolgend zu Bereichen zu migrieren, die transparent sind und dann einen Defekt auf dem Wafer verursachen. Dieses Überprüfungsverfahren ist in den US-Patenten 4,247,203 und 4,579,455, beide von Levy et al., beschrieben.
  • Das zweite Verfahren aus dem Stand der Technik zur Überprüfung strukturierter Masken ist auf die Lokalisierung teilchenförmiger Stoffe auf der Maske beschränkt. Es nutzt die Tatsache, daß Licht gestreut wird, wenn es ein Teilchen streift. Unglücklicherweise können die Kanten der Struktur ebenfalls Streuung verursachen und aus diesem Grund sind diese Systeme für die Erfassung von Teilchen, welche kleiner sind als 1 Mikrometer, nicht zuverlässig. Solche Systeme sind in einer Veröffentlichung mit dem Titel „Automatic Inspection of Contaminates on Reticles" von Masataka Shiba et al., SPIE band 470 Optical Microlithography III, Seiten 233 – 240 (1984) beschrieben.
  • Kürzlich beschrieben Wihl et al. in der US-Patentanmeldung, von welcher diese Patentanmeldung eine Continuation-In-.Part-Anmeldung (S/N 07/784,984) ist, ein Verfahren für die Überprüfung von Photomaskensubstraten, welches sowohl reflektiertes als auch transmittiertes Licht verwendet und sie schlugen die Verwendung sowohl des reflektierten als auch des transmittierten Lichts vor, um die Defekte zu klassifizieren.
  • Es wäre vorteilhaft, die Verwendung von sowohl reflektiertem als auch transmittiertem Licht auszudehnen, um die Notwendigkeit der Verwendung eines Chip-mit-Chip-Vergleichs für die Erfassung von Teilchen überflüssig zu machen. Es wäre ebenfalls vorteilhaft, ein System zu haben, welches auch den Ort des Defekts auf dem Substrat identifizieren kann, ohne einen Chip-mit-Chip-Vergleich anzuwenden. Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen solch ein System und solch ein Verfahren bereit.
  • Ein weiteres Dokument aus dem Stand der Technik (Artikel 54 (3) EPÜ), EP-A-0 532 927, offenbart ein Überprüfungssystem und -verfahren für ein Substrat, das strukturierte Oberflächen aufweist und welches einen Speicher verwendet, um gespeicherte Werte für transmittiertes Licht und für reflektiertes Licht mit gemessenen Werten zu vergleichen.
  • Dieses Dokument offenbart ein optisches System, welches eine Laserlichtquelle, einen Detektor für transmittiertes Licht und einen Reflexionsdetektor aufweist. Ein elektronisches Steuer- und Analysesystem verarbeitet die transmittierte und reflektierte Information getrennt, so daß durch Überprüfen gegenüber gespeicherten Werten des transmittierten und des reflektierten Lichts bei jeder X-Y-Koordinatenposition des Testsubstrats getrennt bestimmt wird, ob ein Defekt auftritt.
  • US-A-4,669,885 offenbart den getrennten Vergleich transmittierter und reflektierter Intensitätssignale mit entsprechenden normalen Werten sowie die Alternative der Verwendung der Summe oder der Differenz der transmittierten und reflektierten Signale.
  • Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung
  • Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Überprüfungssystem bereitgestellt, so daß ein Substrat überprüft wird und so daß zwischen Oberflächenmerkmalen und Defekten unterschieden wird, wobei das Substrat eine strukturierte und eine nicht-strukturierte Oberfläche mit einer Struktur aus undurchsichtigem Material auf der strukturierten Oberfläche aufweist, wobei das Überprüfungssystem aufweist:
    ein Beleuchtungssystem, um eine Beleuchtung der strukturierten Oberfläche des Substrates und der Struktur hierauf zur Verfügung zu stellen,
    einen Transmissionsdetektor, der derart angeordnet ist, daß er die Beleuchtung, die durch das Substrat transmittiert wird, erfaßt, und ein Signal zur Verfügung stellt, das für die Intensität der erfaßten Beleuchtung, die durch das Substrat transmittiert wird, repräsentativ ist,
    einen Reflexionsdetektor, um die Beleuchtung zu erfassen, die von dem Substrat und der Struktur darauf reflektiert wird, und um ein Signal zur Verfügung zu stellen, das repräsentativ für die Intensität der erfaßten Beleuchtung ist, die von dem Substrat und der Struktur darauf reflektiert wurde,
    einen Vergleicher, um die besagten Signale von dem Transmissionsdetektor und dem Reflexionsdetektor, die durch die Beleuchtung des Substrates und der Struktur darauf entstehen, miteinander zu vergleichen, um einen Vergleich zwischen der Intensität der reflektierten Beleuchtung und der Intensität der transmittierten Beleuchtung zur Verfügung zu stellen,
    einen ersten Speicher, der im Gebrauch einen Satz von mehreren unterschiedlichen erwarteten Werten speichert, wobei jeder erwartete Wert einem Vergleich der Intensitäten entspricht, wenn keine Defekte vorhanden sind, und
    einen Prozessor, der mit dem Vergleicher und dem ersten Speicher verbunden ist, wobei der Prozessor im Gebrauch den Vergleich von dem Vergleicher mit dem abgelegten Satz von Werten vergleicht, um zu bestimmen, ob der Vergleich ein erwarteter Wert ist, und um einen Bericht zu erzeugen, wenn ein nicht erwarteter Wert bestimmt wird.
  • Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt für das Überprüfen eines Substrats auf unerwünschte Teilchen und Merkmale, wobei das Substrat eine strukturierte und eine unstrukturierte Oberfläche aufweist mit einer Struktur aus einem undurchsichtigen Material auf der strukturierten Oberfläche, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
    • a. Richten einer Beleuchtung auf die strukturierte Oberfläche des Substrats und auf die hierauf angeordnete Struktur,
    • b. Erfassen der Beleuchtung, die durch das Substrat transmittiert wird, in Ausrichtung mit der Beleuchtung von Schritt a.,
    • c. Erzeugen eines Signals, das für die Intensität der in Schritt b. erfaßten transmittierten Beleuchtung repräsentativ ist,
    • d. Erfassen der Beleuchtung, die von der strukturierten Fläche des Substrates und der hierauf angeordneten Struktur reflektiert wird,
    • e. Erzeugen eines Signals, das für die Intensität der in Schritt d. erfaßten reflektierten Beleuchtung repräsentativ ist,
    • f. Erzeugen eines Vergleichs der Intensitäten von Schritt c. und e. miteinander,
    • g. Speichern eines Satzes von mehreren unterschiedlichen erwarteten Werten, wobei jeder erwartete Wert einem Vergleich der Intensitäten entspricht, bei dem keine Defekte vorhanden sind, und
    • h. Erstellen eines Berichts, wenn der Vergleich von Schntt f. nicht einem erwarteten Wert, der in Schritt g. abgelegt wurde, entspricht.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung für die Überprüfung von Photomasken mit einer hohen Empfindlichkeit bereitgestellt, um teilchenartige Submikrometer-Verunreinigung, chemische Flecken und Rückstände und lokalisierte Transmissionsänderungen durch Verwendung synchronisierter transmittierter und reflektierter Lichtsignale (d.h. von dem gleichen Ort auf dem Substrat mit entweder dem gleichen Lichtstrahl oder zwei Lichtstrahlen gleicher Intensität und gleicher Querschnittsgräße und Form, welche den gleichen Ort auf dem Substrat beleuchten) zu erfassen.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls eine neue Vorrichtung und ein Verfahren zur Überprüfung eines Substrats bereit, welches die Notwendigkeit für eine Referenzdatenbank oder für eine Mehrzahl von identischen photolithographischen Bildern zur Erfassung der teilchenartigen Verunreinigung, der chemischen Flecken und Rückstände und lokalisierten Transmissionsänderungen vermeidet.
  • Zusätzlich stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und ein automatisiertes System bereit, welche ein Ausrichtungsuntersystem erfordern, um Photomasken für die Erfassung teilchenartiger Verunreinigung, chemischer Flecken und Rückstände und lokalisierter Transmissionsänderungen zu überprüfen. Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung eine neue Vorrichtung und ein neues Verfahren für die Erfassung teilchenartiger Verunreinigung, chemischer Flecken und Rückstände und lokalisierter Transmissionsänderungen bereit, welche nahe bei und in Kontakt zu den Kanten der Figuren sind.
  • Noch darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung eine neue Vorrichtung und ein Verfahren für die automatische Klassifikation von Defekten bereit, welche gemäß ihrem Typ erfaßt werden, wobei nur transmittierte und reflektierte Lichtinformation verwendet wird.
  • Die vorliegende Erfindung basiert auf einem Laserscanner, einem optischen Aufbereitungsuntersystem, einem Objekttisch, Reflexions- und Transmissionsdetektoren und einem Autofokusuntersystem, wie in der oben zitierten Wihl-Patentanmeldung offenbart.
  • Diese und andere Merkmale und Vorteile aller der Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung werden ohne Zweifel für Fachleute offensichtlich, nachdem sie die folgende detaillierte Offenbarung der bevorzugten Ausführungsformen, die in den verschiedenen Figuren der Zeichnung dargestellt sind, gelesen haben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein vereinfachtes funktionelles Blockdiagramm eines Lasermaskenüberprüfungssystems, welches hilfreich für das Verständnis der vorliegenden Erfindung ist.
  • 2 ist eine detailliertere schematische Darstellung des optischen Untersystems, welches in 1 dargestellt ist.
  • 3 ist ein Diagramm, welches den Abtast- bzw. Rasterpfad darstellt, der in der Chip-mit-Chip-Überprüfungsbetriebsart verwendet wird.
  • 4 ist ein Diagramm, welches den Rasterpfad darstellt, welcher in der Chip-mit-Datenbank-Überprüfungsbetriebsart verwendet wird.
  • 5 und 6 sind Diagramme, welche mögliche Strahlquerschnitte darstellen, die in dem Autofokussystem verwendet werden.
  • 7 ist eine teilweise weggebrochene perspektivische Zeichnung, welche den X-Y-Objekttisch darstellt.
  • 8 ist ein Querschnitt entlang der Linie 8-8 in 7, welcher Einzelheiten des Konstruktionsrahmens des Objekttischs zeigt.
  • 9 ist ein Querschnitt entlang der Linie 9-9 in 7, die andere Details des Konstruktionsrahmens des Objekttischs zeigt.
  • 10 ist eine Darstellung eines Querschnitts einer typischen Phasenverschiebungsmaske, welche in vergrößertem Maßstab eine Darstellung des phasenverschobenen Ausgangs des Detektors für den reflektierten Strahl zeigt.
  • 11 ist eine Darstellung der sinusförmig variierenden detektierten Signalintensität, wenn die Maske in der Phasenverschiebungsmeßbetriebsart abgetastet bzw. gerastert wird.
  • 12 ist ein Blockdiagramm, welches ein Phasenregelkreisuntersystem zeigt, das verwendet wird, um die Dicke des phasenverschiebenden Materials zu erfassen.
  • 13a und 13b sind vereinfachte schematische Diagramme, welche den Betrieb des optischen Untersystems darstellen, welches zur Messung der Dicke des phasenverschiebenden Materials in den Betriebsarten für transmittiertes bzw. reflektiertes Licht verwendet wird.
  • 14 ist eine Darstellung, welche verwendet wird, um das Verfahren der Linienbreitenmessung zu beschreiben.
  • 15 ist ein vereinfachtes funktionelles Blockdiagramm des Lasermaskenüberprüfungssystems der vorliegenden Erfindung und eine Modifikation von 1.
  • 16 ist eine detailliertere schematische Darstellung des optischen Untersystems, welches in 15 dargestellt und eine Modifikation von 2 ist.
  • 17 ist eine normierte Auftragung der reflektierten Lichtsignale und der transmittierten Lichtsignale, welche von Sensoren der vorliegenden Erfindung bei einer Rasterung des Laserscanners erfaßt wurden.
  • 18 ist eine normierte Auftragung der transmittierten, reflektierten und summierten Signale für ein optisches Untersystem der vorliegenden Erfindung, welche den Effekt teilchenartiger Verunreinigung auf diesen Signalen zeigt.
  • 19 ist ein Graph des Verhältnisses zwischen transmittierten und reflektierten Lichtsignalpaaren in Abwesenheit von Defekten gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 20 ist ein Graph wie in 19, welcher die zusätzlichen Orte der Punkte zeigt, die von bestimmten Verunreinigungen auf der undurchsichtigen Schicht an der Kante eines Merkmals und auf dem Photomaskensubstrat herrühren gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 21 ist ein Graph des transmittierten Lichtwertes über der zweiten Ableitung der transmittierten Lichtwerte gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 22 ist ein Graph der reflektierten Lichtwerte über der zweiten Ableitung der reflektierten Lichtwerte gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 23a ist ein bildpunktartiges (gepixeltes) Transmissionsbild des überprüften Substrats.
  • 23b ist ein bildpunktartiges Bild der zweiten Ableitung der Transmission, welches von dem bildpunktartigen Transmissionsbild des überprüften Substrats abgeleitet wurde.
  • Die 24A – 24D sind zusammen ein Blockdiagramm, welches in drei Lagen gezeigt ist, mit den in Transmission und Reflexion beobachteten bildpunktartigen Abbildungen als Eingangssignalen, welche von einer ausgewählten Anzahl von verschiedenen Filtern bearbeitet werden, wobei die Filterausgangssignale paarweise in der zweiten Schicht kombiniert sind und wobei die dritte Schicht eine Mischfunktion bereitstellt, so daß alle der von jeder der paarweisen Signalkombinationen der zweiten Schicht erfaßten Defekte identifiziert werden.
  • 25 ist eine typische Darstellung eines neuronalen BPN-Netzwerks.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Gemäß der Zeichnung ist ein Blockdiagramm eines automatischen optischen Überprüfungssystems der vorliegenden Erfindung mit 10 bezeichnet. Das System ist in der Lage, Substrate zu überprüfen, wie zum Beispiel Retikel, Photomasken, Halbleiterwafer und Phasenverschiebungsmasken.
  • Das System kann verschiedene Überprüfungstypen ausführen: Überprüfung mit transmittiertem Licht, Überprüfung mit reflektiertem Licht, gleichzeitige Überprüfung mit reflektiertem und transmittiertem Licht und Phasenverschiebungsmessung. Bei der Überprüfung mit transmittiertem Licht fällt Licht auf das Substrat, zum Beispiel eine Photomaske, ein und der durch die Maske transmittierte Betrag des Lichts wird erfaßt. Bei der Überprüfung mit reflektiertem Licht wird das von einer Oberfläche des Testsubstrats reflektierte Licht gemessen. Während der Phasenverschiebungsüberprüfung wird der Betrag der Phasenverschiebung zwischen zwei reflektierten kohärenten Lichtstrahlen an jedem Punkt auf der Maske erfaßt, während gleichzeitig eine Überprüfung mit transmittiertem Licht erfolgt. Die Phasenverschiebung ist proportional zu der relativen Erhebung der Oberfläche, von der die Strahlen reflektiert werden. Wie unten erklärt werden wird, wird das transmittierte Lichtsignal verwendet, um das Phasenverschiebungssignal zu qualifizieren. Zusätzlich zu diesem Defekterfassungsvorgang ist das System ebenfalls in der Lage, eine Linienbreitenmessung durchzuführen.
  • Bei allen Defekterfassungsverfahren wird ein Vergleich zwischen zwei Bildern durchgeführt. Bei der Chip-mit-Chip-Überprüfungsbetriebsart werden zwei Bereiche des Substrats, welche identische Merkmale (Chips) aufweisen, miteinander verglichen und jede wesentliche Abweichung wird als ein Defekt markiert. Bei der Chip-mit-Datenbank-Überprüfungsbetriebsart wird ein Defekt durch Vergleichen des Testchips mit entsprechender Graphikinformation, welche von der CADS- (computer added database system) Datenbank erhalten wird, von welcher der Chip erhalten wurde, erfaßt. Im zuletzt genannten Fall wird die CADS-Datenbank, wie im US-Patent 4,926,489 erklärt, in ein Bildformat umgewandelt (Danielson et al., „Reticle Inspection System", erteilt am 15. Mai 1990).
  • Wie in dem vereinfachten Blockdiagramm in 1 dargestellt, weist eine bevorzugte Ausführungsform des Systems 10 einen Objekttisch 12 zum Tragen eines zu untersuchenden Substrats 14, ein optisches Untersystem 16, einen Datenbankadapter 18, ein Elektronikuntersystem 20, eine Anzeige 22, einen Steuercomputer 24 und eine Tastatur 26 auf.
  • Der Objekttisch
  • Obwohl der Objekttisch 12 detailliert unten beschrieben wird, ist es an dieser Stelle erforderlich zu sagen, daß der Objekttisch ein Präzisionseinrichtungsantrieb unter Steuerung des Untersystems 20 ist und er in der Lage ist, das Testsubstrat 12 in einer serpentinenartigen Weise innerhalb einer einzigen Ebene relativ zu der optischen Achse des optischen Untersystems 16 so zu bewegen, daß alle oder jeder ausgewählte Bereich der Substratoberfläche überprüft werden kann.
  • Optisches Untersystem
  • Ein detailliertes Blockdiagramm des optischen Untersystems 16 ist in 2 gezeigt und es ist im wesentlichen eine Laserscannervorrichtung mit einer Lichtquelle 302 und zugehörigen Optiken, welche bewirken, daß ein kohärenter Lichtstrahl 32 über einen kleinen Winkel abgelenkt wird, d.h. von einer Seite auf die gegenüberliegende Seite der optischen Achse, wie sie von dem optischen Untersystem 16 definiert ist. Wie weiter unten beschrieben wird, erfolgt die Strahlabtastung in eine Richtung, so daß er nach dem Passieren durch das optische System parallel zu der y-Achse ausgerichtet ist, wie an dem Substrat 14 zu sehen. Wenn der Strahl abtastet, wird der Objekttisch 12, welcher das Testsubstrat 14 trägt, dazu veranlaßt, sich in der Richtung der X-Achse vor und zurück zu bewegen, wobei er am Ende jeder Traverse schrittweise in der Y-Richtung bewegt wird, so daß bewirkt wird, daß der Strahl 32, wie in den 3 und 4 gezeigt, entlang einem serpentinenartigen Pfad 31 eine Mehrzahl von identifizierten Substratunterbereichen 33, 35, 37 (individuelle Chips im Fall einer Photomaske) überstreicht. Auf diese Weise wird die gesamte Oberfläche des Substrats (Maske) 14 in einer Serie nebeneinanderliegenden Durchgängen 39 von dem Laserstrahl überstrichen. Im Fall eines transparenten oder teilweise transparenten Substrats wird die Erfassung des Bildes durch einen Transmissionsdetektor 34 erreicht. Im Fall eines reflektierenden oder teilweise reflektierenden Substrats wird das von dem Substrat reflektierte Licht von einem Detektor 36 für reflektiertes Licht erfaßt. Wie später detaillierter beschrieben wird, wird eine Phasenverschiebungsmaskenüberprüfung durch gleichzeitiges Verwenden beider dieser Detektoren durchgeführt.
  • Die Lichtquelle 30 des Systems ist ein Laser, wie zum Beispiel das Modell 5490A5L-000-115, hergestellt von Ion Laser Technology aus Salt Lake City, Utah. Der Lichtstrahl 32, welcher von dem Laser emittiert wird, passiert zunächst ein räumliches Filter 38 und wird dann von einer Kombination aus zwei akustooptischen Elementen, einem akustooptischen Vorscanner 40 und einem akustooptischen Scanner 42, abgelenkt. Diese beiden Elemente lenken den Lichtstrahl in der Y-Richtung ab und fokussieren ihn in der X-Richtung auf eine Weise ähnlich zu der im US-Patent 3,851,951 beschriebenen (Jason N. Eveleth, „High Resolution Laser Beam Recorder with Selffocusing Acousto-optic Scanner", erteilt am 3. Dezember 1974). Das System zur Ablenkung weist auch einen Strahlaufweiter 44 und eine Viertelwellenlängenplatte 46 auf.
  • Wenn der Strahl aus dem Scanner 42 austritt, ist er in der Y-Richtung konvergent, aber in der X-Richtung kollimiert. Eine zylindrische Linse 50 fokussiert dann den Strahl auch in der X-Richtung, wobei die Brennebene für sowohl die X- als auch die Y-Achsen bei einer Feldblende 52 liegen. Der Strahl passiert als nächstes durch eine Viertelwellenlängenplatte 54 und durch eine Vermittlungslinse 56.
  • Der Strahl wird dann von einem Spiegel 58 reflektiert, dessen einzige Funktion es ist, den optischen Pfad zu falten. Der umgelenkte Strahl tritt dann in einen Strahlteilerwürfel 60 ein, welcher ihn in zwei Pfade 62 und 64 teilt. Der letztere Pfad wird nur bei der Phasenmessungsbetriebsart verwendet und ist sonst von einem Verschluß 63 blockiert.
  • Der Strahl, welcher sich entlang Pfad 62 fortsetzt, wird von einem oszillierenden Spiegel 65 reflektiert, der während des Überprüfungsbetriebs festgehalten wird und der nur zum Anzeigen eines Bildes für einen Benutzer auf einer Bildanzeige (in 2 nicht gezeigt) während einer Justierung und Überwachung verwendet wird. Ein Dove-Prisma 66 wird verwendet, um die Richtung der Rasterung um die optische Achse zu drehen. Der Ausgang des Prismas 66 wird einem der Teleskope 68 und 70, welche auf einem drehbaren Revolverkopf 72 montiert sind, zugeführt. Der Zweck dieser Teleskope ist es, die Größe des Rasterpunktes auf dem Substrat 14 zu verändern und dadurch die Auswahl der minimal erfaßbaren Defektgröße zu ermöglichen. Da eine Änderung der Vergrößerung auch die Länge der Rasterung verändert, wird ebenfalls die Durchgangsbreite geändert und daher die Überprüfungsgeschwindigkeit (nur zwei Teleskope sind gezeigt, aber offensichtlich kann jede Anzahl von Teleskopen und daher von Punktgrößen verwendet werden).
  • Von dem Teleskop aus passiert der Strahl einen Spiegel 74 und dann einen Strahlteiler 76, an dem der Pfad erneut geteilt wird. Der reflektierte Teil des Strahls 78 wird auf einen Detektor 80 gerichtet, welcher als eine Kontrolle der Intensitätsänderung des Strahls dient. Der nicht reflektierte Teil des Strahls tritt durch eine Objektivlinse 82, welche den Strahl auf das Substrat 14 fokussiert. Licht, welches durch das Substrat 14 tritt, wird dann von einer Kondensorlinse 84 und einer Kollektorlinse 86 gesammelt und auf den Transmissionsdetektor 34 fokussiert.
  • Autofokusuntersystem
  • Die Autofokusfunktion basiert auf einer Überwachung der Form des Querschnitts des Lichtstrahls, nachdem er einige anamorphotische Elemente passiert hat. Das Grundprinzip, welches der Realisierung zugrunde liegt ist, daß eine zylindrische Linse einen Astigmatismus erzeugt. In solch einem Fall passiert ein fokussierter Strahl zunächst in einer Richtung den besten Fokus und dann in der senkrechten Richtung den besten Fokus. Zwischen diesen beiden Brennpunkten entlang des Strahlpfads ist der Strahlquerschnitt in einer Richtung rechteckig und er geht entlang des Pfads durch Punkte, an denen der Strahlquerschnitt kreisförmig ist und dann rechteckig in einer zu der vorherigen Richtung senkrechten Richtung. Der optimale Fokus des Lichts, welches auf das Substrat einfällt, wird durch Überwachen des Strahlquerschnitts von Licht, welches von dem Substrat 14 reflektiert wird, erfaßt. Die Form des Strahlquerschnitts wird durch zwei Silizium-Quadraturphotodioden 90 und 92 überwacht, wie sie von Silicon Detector Corporation aus Newbury Park, Kalifornien, hergestellt werden.
  • Wie detaillierter unten beschrieben wird, weist das eigentliche Autofokussystem zwei optische Pfade auf, welche in der Richtung des Astigmatismus voneinander abweichen. In einem Pfad hat die zylindrische Linse keine Krümmung, wenn sie in der X-Richtung betrachtet wird, während in dem anderen Pfad die zylindrische Linse keine Krümmung in der Y-Richtung aufweist.
  • Der Autofokusstrahl 93 wird mit einem Strahlteiler 94 von dem reflektierten Strahl 95, welcher entlang dem reflektierten Detektorpfad gerichtet ist, abgespalten und er wird dann hin zu einem weiteren Strahlteiler 96 neu ausgerichtet, welcher den Strahl in zwei Pfade 98 und 100 teilt. In 2 ist die X-Koordinate senkrecht zum Papier und daher ist eine zylindrische Linse 102 mit einer Krümmung gezeigt, während ein identisches Element 104 in dem anderen Pfad als planparalleles Element erscheint. Der Pfad, welcher zu dem Detektor 90 führt, enthält auch eine sphärische Linse 106. Die zwei identischen Quadraturdetektoren 90 und 92 erfassen einen Querschnitt jedes Strahls. Wenn sich die Substratoberflächenposition oder die Dicke ändert, ändert sich der Strahlquerschnitt in der X-Richtung, wie er von den Detektoren gesehen wird, wie in den 5 und 6 bei 108, 110 bzw. 108, 112 gezeigt. Es ist darauf hinzuweisen, daß sich auf keinem Detektor der vertikale (in Y-Richtung) Durchmesser des beleuchteten Bereichs ändert. Wenn die Maske im Brennpunkt ist, werden beide Detektoren von einem kreisförmigen Strahl 108 beleuchtet. Wenn die Maske aus dem Fokus gerät, schrumpft der horizontale Durchmesser auf einem Detektor (siehe 5), während er auf dem anderen zunimmt (siehe 6), wie durch den Umriß des Strahls 110 bzw. 112 dargestellt. Dies ändert den elektrischen Ausgang der Quadratur der Detektoren. Das Brennpunktkorrektursignal Fc ist dann:
    Figure 00100001
    wobei
    A1 das Signal ist, welches von den Quadranten entlang der X-Achse von 90 erhalten wird,
    A2 das Signal ist, welches von den Quadranten entlang der X-Achse von 92 erhalten wird,
    B1 das Signal ist, welches von dem Quadranten entlang der Y-Achse von 90 erhalten wird,
    B2 das Signal ist, welches von den Quadranten entlang der Y-Achse von 92 erhalten wird.
  • Überprüfungsbetriebsart für transmittiertes Licht
  • Gewöhnlich wird eine Erfassung in der Transmissionsbetriebsart zur Defekterfassung auf Substraten, wie zum Beispiel konventionellen optischen Masken, welche transparente Bereiche und undurchsichtige Bereiche aufweisen, verwendet. Wenn der Laserstrahl die Maske abtastet, dringt das Licht an transparenten Punkten in die Maske ein und wird von einem Detektor 34 für transmittiertes Licht erfaßt, welcher hinter der Maske 14 angeordnet ist und welcher das in einer Kondensorlinse 84 und einer Kollektorlinse 86 gesammelte Licht mißt.
  • Überprüfungsbetriebsart mit reflektiertem Licht
  • Eine Überprüfung mit reflektiertem Licht wird normalerweise auf undurchsichtigen Substraten durchgeführt, welche Bildinformation in der Form entwickelter Photolackmerkmale aufweisen. Licht, welches von dem Substrat reflektiert wird, läuft zurück entlang dem gleichen optischen Pfad wie zuvor beschrieben, aber es wird dann von einem polarisierenden Strahlteiler 60 in einen Detektor 36 umgelenkt. Eine Kondensorlinse 35 projiziert das Licht auf den Detektor 36. Wie zuvor dargelegt, ist der Verschluß 63 während einer Überprüfung mit reflektiertem Licht geschlossen.
  • Eine Überprüfung mit reflektiertem Licht kann ebenfalls verwendet werden, um Verunreinigung oben auf undurchsichtigen Substratoberflächen zu erfassen.
  • Phasenverschiebungs-Materialdickenmeßart
  • Die Messung einer Phasenverschiebung ist nur an Punkten interessant, an denen das Substrat transparent ist, d.h. an denen es keine undurchsichtige Geometrie gibt. Die Anwesenheit einer undurchsichtigen Geometrie wird durch den Transmissionsdetektor 34 erfaßt, und nur in den Räumen, welche eine solche Geometrie trennen, wird eine Phasenverschiebungsmessung durchgeführt. Während dieses Vorgangs ist der Verschluß 63 offen und Licht von dem Laser, welches von dem Teiler 60 reflektiert wird, propagiert durch die Vermittlungslinsen 110 und 112, welche ein Teleskop 114 bilden und durch eine Objektivlinse 116 mit niedriger numerischer Apertur zu einem gekippten Spiegel 118, an dem es entlang dem gleichen Pfad und durch die Strahlteiler 60 und 94 und eine Kondensorlinse 35 zu dem Detektor 36 für reflektiertes Licht zurück reflektiert wird. Zur gleichen Zeit wird der Detektor 36 auch mit Licht beleuchtet, welches zuerst durch den Teiler 60 tritt, so daß es von einem Punkt auf dem Substrat reflektiert wird und welches auf dem Rückweg von einem Teiler 60 auf den Detektor reflektiert wird. Diese zwei Beleuchtungsstrahlen interferieren miteinander, und die Intensität des von dem Detektor 36 erfaßten Lichts ändert sich daher als eine Funktion der relativen optischen Pfadlänge der zwei Pfade 62 und 64. Wie später detaillierter erklärt wird, werden diese Daten von dem Elektronikuntersystem interpretiert, so daß Änderungen der Dicke des Phasenverschiebungsmaterials, welches einen gegebenen Punkt auf dem Substrat bedeckt, erfaßt werden.
  • Gleichzeitige Erfassung durch mehr als einen Detektortyp
  • Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, daß Überprüfungen mit transmittiertem und reflektiertem Licht und der Phasenverschiebungsmessungsvorgang sich zeitlich nicht gegenseitig ausschließen. Gleichzeitige transmittierte und reflektierte Erfassung kann das Vorliegen eines undurchsichtigen Defekts offenbaren, welcher von dem transmittierten Detektor erfaßt wird, während der Ausgang des reflektierten Detektors verwendet wird, um den Typ des Defekts zu offenbaren. Zum Beispiel sind sowohl ein Chrompunkt als auch ein Teilchen undurchsichtig und führen daher zu einem dunklen Ausgang des Transmissionsdetektors, aber reflektierende Chromdefekte erzeugen auch eine hochreflektierende Lichtanzeige, während ein Teilchen typischerweise weniger reflektieren wird. Durch Verwenden sowohl der reflektierten als auch der transmittierten Erfassung kann man ein Teilchen auf einer Chromgeometrie lokalisieren. Im allgemeinen kann man Signaturen für bestimmte Typen von Defekten erfassen, wie zum Beispiel das Verhältnis ihrer reflektierten und transmittierten Lichtintensitäten. Diese Information kann dann so verwendet werden, daß Defekte automatisch klassifiziert werden.
  • Ähnlich können eine Erfassung transmittierten Lichts und eine Phasenverschiebungsmessung gleichzeitig stattfinden. Auf einer Phasenverschiebungsmaske kann ein undurchsichtiger Defekt in einem Bereich erfaßt werden, welcher von Phasenverschiebungsmaterial bedeckt ist und das Fehlen von undurchsichtigem Material, welches von dem Detektor 34 für transmittiertes Licht erfaßt wird, kann verwendet werden, um die Phasenverschiebungsmessung zu schalten.
  • Steuercomputer
  • Der Steuercomputer 24 fungiert als Bedienerkonsole und als Hauptsteuerung des Systems und ist eine Einrichtung, wie zum Beispiel ein SPARC-Computer, hergestellt von Sun Microsystems aus Mountain View, Kalifornien. Alle Systemschnittstellen mit dem Bediener und die Einrichtungen für den Benutzer werden durch den Steuercomputer gebildet. Befehle werden an alle anderen Untersysteme ausgegeben und Zustände werden von allen anderen Untersystemen überwacht, so daß die Fertigstellung der dem Benutzer zugeordneten Aufgaben erleichtert wird.
  • Elektronikuntersystem
  • Die Funktion des Elektronikuntersystems 20 ist es, die von dem Steuercomputer 24 ausgegebenen Befehle zu interpretieren und auszuführen. Diese Funktionen sind: Digitalisieren der Eingabe von den Detektoren 34 und 36, Kompensieren dieser Werte gegenüber Änderungen in der Intensität des einfallenden Lichts, Erfassen von Defekten in dem Bild und Übertragen der Defektdaten an den Steuercomputer 24, Sammeln der Ausgabe der Interferometer, welche verwendet werden, um den Objekttisch 12 zu verfolgen, Bereitstellen des Antriebs für die Linearmotoren der Tische und Überwachen von Sensoren, welche einen Betriebszustand anzeigen.
  • Außer der Messung einer Phasenverschiebung und Linienbreiteninformation wurden alle der aufgezählten Funktionen des Steuercomputers 24 und des Untersystems 20 in den oben erwähnten US-Patenten Nr. 4,247,203, 4,579,455, 4,633,504, 4,805,123, 4,926,489 und 4,644,172 beschrieben. Es ist darauf hinzuweisen, daß in den oben genannten Patenten die gleichen Funktionen auf verschiedene Weisen ausgeführt werden und der jeweilige Ansatz, welcher verwendet wurde, von der Verfügbarkeit und Geeignetheit der integrierten Schaltkreiseinrichtungen zu der Zeit, zu der das System entwickelt wurde, abhängt. Jeder der zitierten Ansätze könnte verwendet werden.
  • Der Objekttisch
  • Der Objekttisch 18 ist ein luftgelagerter X-Y-Kreuztisch, welcher von einem Linearmotor auf jeder Achse angetrieben wird. Die Position des Objekttischs entlang jeder Achse wird von Interferometern (nicht gezeigt), wie zum Beispiel dem Modell TIPS V, hergestellt von der Teletrac Corporation, überwacht.
  • Der Objekttisch 18 ist detailliert in 7 gezeigt, wobei die vordere Schiene weggeschnitten ist, so daß eine Ansicht auf die Hauptelemente ermöglicht wird. Der Objekttisch hat zwei Freiheitsgrade, er hat keine Drehmöglichkeit. Er wird hier für die Anwendung in dem beschriebenen Überprüfungssystem offenbart, könnte aber ebenfalls in der Mikrolithographie und jeder Präzisionsmaschinenanwendung verwendet werden.
  • Der Y-Schlitten 120 in der Form eines Rahmens 122 trägt die X-Verschiebeeinheit 124. Die Bewegung beider Verschiebeeinheiten wird durch Linearmotoren und Luftlager gesteuert. Die Anziehungskraft zwischen dem Stator und dem Gleiter jedes Linearmotors liefert die Vorbelastung der Linearlager.
  • Der Y-Schlittenrahmen weist zwei Führungen 126 und 127 auf, welche die Bewegung der X-Verschiebeeinheit 124 innerhalb des Schlittens steuern. Die Führungen sind durch zwei Seitenschienen 128 verbunden (die vordere Schiene, das Äquivalent von 128 ist nicht gezeigt). Der Stator 129 des X-Linearmotors ist innerhalb der X-Führung 126 auf eine Weise eingebettet, daß er den X-Gleiter 130, welcher an den Luftlagergehäusen 131 befestigt ist, anzieht und vier der fünf der X-Luftlager 132, 133, 134 und 135 vorbelastet. Ein separater Magnet 136 und ein ferromagnetischer Vorbelastungsstreifen 137 stellen die Vorlast für Luftlager 138 bereit. Jedes Lager ist mit einem Zapfen ausgerüstet, welcher eine Drehung des Lagersegments um zwei Achsen ermöglicht zusätzlich zu einer Drehung des Lagers selbst, daher ist der einzige Freiheitsgrad, welcher von einem Luftlager eingeschränkt wird, die Translation in der Richtung senkrecht zu der Segmentoberfläche.
  • Die X-Verschiebeeinheit trägt die Probe 14 und ist kinematisch durch die fünf Luftlager begrenzt: die Lager 132 und 135 steuern das Nicken der Bewegung der X-Verschiebeeinheit und begrenzen die vertikale Verschiebung in der Z-Richtung, die Lager 133 und 134 steuern das Gieren der X-Bewegung und begrenzen die horizontale Verschiebung in der Y-Richtung. Das Lager 138, welches in dem Gehäuse 139 aufgenommen ist, steuert das Rollen der X-Plattform und begrenzt eine vertikale Translationsbewegung der Verschiebeeinheit in der Z-Richtung. Die Probenhalteranordnung 140 ist an einem Rahmen 141 aus leichtem Verbundwerkstoff der X-Verschiebeeinheit befestigt.
  • Der Probentisch weist eine Anzahl von neuen Merkmalen auf. Ein solches Merkmal ist die Verwendung des Linearmotors, so daß die Plattform in zwei Richtungen vorbelastet wird und dadurch eine außergewöhnliche Steifheit erreicht wird. Dies wird durch die Anordnung eines Gleiteisens 130 mit dreieckigem Querschnitt und durch eine Winkelposition des Stators 131 erreicht, so daß die magnetische Anziehungskraft für alle vier Luftlager 132, 133, 134 und 135 unter einem Winkel liegt.
  • Ein weiteres innovatives Merkmal der Konstruktion ist, daß der Stator 129 des Linearmotors in der Führung 126 unter einem Winkel zu den beiden Wänden der Führung eingebettet ist. Ebenfalls neu ist die Verwendung von Wabenmaterial, wie zum Beispiel Blue Seal, hergestellt von Hexcell aus Dublin, Kalifornien für den Bau des Rahmens 140. Dies reduziert die Masse des Tischs, macht ihn jedoch sehr stabil. Ein Querschnitt dieser Konstruktion entlang der Linie 8-8 ist in 8 gezeigt, wo die zellenförmige Einlage sandwichartig zwischen Häuten 143 angeordnet ist. Die untere Platte 144 und die obere Platte 145 grenzen an die Häute 143 an und vervollständigen die Kastenstruktur, welche die Einlage 142 einschließt. Das Wabenmaterial kann durch irgendeine Anzahl von leichten Verbundmaterialien ersetzt werden, wie zum Beispiel Duocell, hergestellt von ERG aus Oakland, Kalifornien.
  • Ebenfalls neu ist das Verfahren zum Befestigen der festen Teile 146 an dem Verbundmaterial in der Weise, daß sie eine Haut der Wand aus Verbundmaterial durchdringen und an der gegenüberliegenden Haut und entweder den oberen oder den unteren Platten, wie in 9 gezeigt, mit Verbindungsstellen 147 befestigt sind, die um die Durchbrüche durch die Wand herum und zwischen dem festen Teil und dem Inneren der gegenüberliegenden Haut und der Platte 144 gebildet sind.
  • Betrieb:
  • Ausrichtung
  • Vor dem Beginnen des automatischen Überprüfungsbetriebs richtet der Betreiber die Maske in der richtigen Orientierung aus und definiert dem Computer den „Pflegebereich", d.h. den zu überprüfenden Bereich. 3 stellt die gewünschte Orientierung des Überprüfungspfades 31 in Bezug auf die Chips 33, 35, und 37 dar, welche hier auf einer Maske oder einem Retikel 14 mit mehreren Chips gezeigt sind. Während der Überprüfung wird der Objekttisch 12 serpentinenartig bewegt, wobei dem Pfad 31 gefolgt wird, während der Laserstrahl parallel zu der Y-Achse der Maske abgelenkt wird. Wenn sich der Objekttisch 12 in der X-Richtung bewegt, tastet diese Bewegung des Laserstrahls in der Y-Achse einen Durchgang 39 ab. Gewöhnlich sind die Achsen der Maske 14 nicht parallel zu den Antriebsachsen des Objekttischs. Daher erfordert eine Bewegung des Objekttischs in X- oder Y-Richtung, daß beide Antriebe des Objekttischs gleichzeitig angetrieben werden. Die erste Aufgabe des Betreibers ist es daher, dem System das Geschwindigkeitsverhältnis der Hauptachsen des Objekttischs zu definieren. Um dies zu erreichen, wählt der Betreiber zwei ihm bekannte Punkte, so daß sie auf der gleichen X-Koordinate des Chip liegen. Er fährt dann den Objekttisch an diese Punkte, während er das Bild auf der Bildanzeige 22 beobachtet. Das System nimmt den Ort dieser Punkte durch Messen des Weges mit Interferometern (nicht gezeigt) entlang der Antriebsachsen des Objekttischs, wahr. Diese Messungen bilden die Richtungskosinusse der Objekttischantriebsachsen in Bezug auf die X- und Y-Achsen der Maske. Zu diesem Zeitpunkt wird das Dove-Prisma 66 (2) gedreht, so daß die Ablenkung des Laserstrahls so orientiert ist, daß er rechtwinklig zu dem Verfahrweg des Objekttischs in X-Richtung ist. Danach ordnet der Betreiber dem System den Pflegebereich 41 (3) des Chips, als zu überprüfenden Bereich, zu.
  • Phasenverschiebungsmessungs-Kalibration
  • Aus Gründen, welche später offensichtlich werden, ändert sich die Intensität in der Phasenverschiebungsbetriebsart sinusförmig, wenn der Laserfleck (in der Y-Richtung) eine flache transparente Oberfläche parallel zu der Ebene der Maske abrastert, wie durch die Kurve bei 100 in 11 gezeigt. Mathematisch ist die Intensität I: I = A sin [(2πy/w) – D)] + I0, (2)wobei y der Abstand des fraglichen Pixels von dem Ursprung ist, w eine Konstante ist, welche eine Funktion des Verkippungswinkels des Spiegels 118 ist, D die Phasenverschiebung aufgrund der Weglängenänderung als Ergebnis der Dicke des Phasenverschiebungsmaterials ist, A die halbe Amplitude der Intensität ist und I0 die Versatzintensität 204 aufgrund von Streulicht in den Optiken ist. Diese Werte werden alle während des Phasenverschiebungsmessungs-Kalibrationsteils der Initialisierung bestimmt. Wenn der Laser einen flachen, gleichmäßig transparenten Bereich der Maske abrastert, werden die Intensitäten bei jedem Bildelement (Pixel) digitalisiert und in dem Computer gespeichert. Dann ist I0 der durchschnittliche Wert der Intensitäten über ganzzahlige Zyklen und A kann berechnet werden aus: A = (Imax – I0)/2. (3)Der Wert W ist die Periodizität der Sinuskurve.
  • Es ist darauf hinzuweisen, daß I0 und A für freie und mit Phasenverschiebungsmaterial bedeckte Bereiche verschieden sind und daher müssen sie für beide Bereiche bestimmt werden. Die Größe D ist eine lineare Funktion der Dicke des Phasenverschiebungsmaterials und diese Beziehung wird durch Kalibrierung auf einer bekannten Probe bestimmt, welche Merkmale mit Phasenverschiebungsmaterial verschiedener Dicken aufweist und sie bleibt konstant, während das System die Formbeständigkeit behält.
  • Der Überprüfungsprozeß
  • Eine automatische Überprüfung eines Retikels beginnt gewöhnlich an der oberen linken Ecke des Pflegebereichs und folgt dem Serpentinenmuster 31 (siehe 3). Wenn sich der Objekttisch langsam in der X-Richtung bewegt, scannt der Laserstrahl schnell in der Y-Richtung. Auf diese Weise wird ein Abschnitt 39 abgetastet, und der digitalisierte Ausgang des Detektors wird in dem Elektronikuntersystem 20 gespeichert. Wenn der Durchgang die linke Begrenzung des Pflegebereichs des zweiten Chips 35 erreicht, werden Bilddaten, welche von dem Chip 33 erhalten wurden und die nun in dem Untersystem 20 gespeichert sind, mit den Daten, welche von dem Chip 35 erhalten wurden, verglichen. Jeder wesentliche Unterschied wird einem Defekt zugeordnet. Auf ähnliche Weise werden die Daten von dem Chip 37 ebenfalls mit den von dem Chips 35 erhaltenen Daten verglichen.
  • Wenn der Rastenungsprozeß die rechte Begrenzung des Pflegebereichs des Chips 37 erreicht, wird der Objekttisch in der Y-Richtung um einen Betrag bewegt, welcher geringfügig kleiner ist als die Breite des Durchgangs und der Objekttisch beginnt eine rückwärts gerichtete Spur in der X-Richtung. Auf diese Weise werden die Pflegebereiche des Chips durch die serpentinenartige Bewegung durchquert.
  • Die Chip-mit-Datenbank-Überprüfung, welche gewöhnlich auf Retikeln mit einem einzigen Chip ausgeführt wird, ist ähnlich zu der Chip-mit-Chip-Überprüfung, außer daß der Vergleich zwischen dem Chip und einem simulierten Bild, welches von einem Datenbankadapter 18 erzeugt wird, stattfindet. 4 stellt den Chip-mit-Datenbank Rasterpfad 31' dar.
  • Nochmaliger Prüfungsbetrieb
  • Nach Vervollständigung des automatischen Prüfungsbetriebs prüft der Betreiber die Defekte dadurch, daß er den Steuercomputer 24 veranlaßt, den Objekttisch zu dem Bereich eines bestimmten Defekts zu bewegen und ihn dort zu halten. Das Bild wird dann von akustooptischen Rastereinrichtungen 40 und 42 in der Y-Richtung gerastert und durch oszillierenden Spiegel 65 in der X-Richtung und das digitalisierte Bild wird auf der Anzeige 22 dargestellt. Der Betreiber kann den Ausgang jeder der Detektoren oder die Kombination von Ausgängen von mehr als einem Detektor verwenden. Wenn es der Betreiber wünscht, können verschiedene Detektorausgänge überlagert und als separate Farben auf der Anzeige dargestellt werden.
  • Phasenverschiebungsmaterialdickenmessung
  • 10 ist eine Darstellung des Querschnitts eines Typs einer Phasenverschiebungsmaske. Während das vorliegende Beispiel sich auf einen bestimmten Typ von Maske bezieht, ist auf allen Typen von Masken die Steuerung der Dicke des Phasenverschiebungsmaterials eine Notwendigkeit und daher ist die beschriebene Technik auf alle Typen von Phasenverschiebungsmasken anwendbar.
  • Das Substrat 160 ist typischerweise aus Quarz, auf welchem undurchsichtige Merkmale abgeschieden sind. Diese sind typischerweise dünne Schichten aus Chrom. Phasenverschiebungsmerkmale 161 und 162, welche aus transparentem Material hergestellt sind, überlagern typischerweise Teile des Chroms 164 und einige der freien Bereiche 181 und 183 zwischen den Merkmalen 164. Mit Phasenverschiebungsmaterial gefüllte transparente Bereiche 181, 183 und freie Bereiche 180, 184 wechseln typischerweise ab. Die Höhe der oberen Oberfläche 173 des Phasenverschiebungsmerkmals 162 oberhalb des Niveaus der vorderen oder oberen Oberflächen 174 des Quarzsubstrat ist typischerweise so, daß sie eine Phasenverschiebung von 180° in Bezug auf einen Punkt 180, welcher in der gleichen Ebene liegt, aber nicht von Phasenverschiebungsmaterial bedeckt ist, erzeugt.
  • Defekte an Phasenverschiebungsmasken können auf verschiedene Weisen auftreten. Es kann Defekte in den transparenten Bereichen geben, wie entweder überschüssiges Chrom oder Schmutz oder es kann fehlendes Chrom in einem Merkmal 164 geben. Solche Defekte werden von dem Detektor 34 für transmittiertes Licht (2) erfaßt und sie sind Gegenstand des zuvor zitierten Standes der Technik. Die vorliegende Erfindung ist ebenfalls in der Lage, Defekte in der Phasenverschiebungsschicht 161 oder 162 zu erfassen. Es gibt zwei Typen von Defekten: solche, bei denen es eine plötzliche Änderung der Dicke der Phasenverschiebungsschicht gibt und solche, in denen es eine Abweichung von der gewünschten Dicke gibt, welche entweder konstant ist oder die sich langsam entlang der Oberfläche ändert. Der zuerst genannte Defekttyp, wie zum Beispiel die Delle 168 in Schicht 161, wird von dem Detektor 34 für transmittiertes Licht erfaßt, da sie das Licht streut und es daher dem Licht nicht ermöglicht, das Phasenverschiebungsmaterial zu passieren. Er erscheint daher in Transmission als ein dunkler Fleck. Sich langsam verändernde Oberflächen 172 oder falsche Dicken der Phasenverschiebungsschicht, wie im Merkmal 161 abgebildet, werden, wie unten erklärt, durch interferometrische Verfahren erfaßt.
  • Eine perfekt ebene Oberfläche, wie zum Beispiel 173 oben auf 162, parallel zu der Ebene der Maske und mit einer optischen Pfadlänge L, erzeugt Streifen, wenn die Maske abgetastet wird, da aufgrund des verkippten Spiegels 118 die Wellenfront des Referenzstrahls nicht parallel zu der Ebene des Substrats ist. (Um jegliche Mehrdeutigkeit in der Richtung der Phasenänderung zu vermeiden, sollte die Verkippung des Spiegels 118 größer sein als die maximal erwartete Steigung jeder Oberfläche, wie zum Beispiel 161.) Der Detektorausgang ist in solch einem Fall eine Sinuswelle, wie die in 11 gezeigte. Eine ähnlich flache Oberfläche, welche bei einer Pfadlänge L + d (siehe 10) angeordnet ist, wird eine Sinuswelle der gleichen Frequenz aber mit einer Phasenverschiebung D in Bezug auf Kurve 200 erzeugen. Diese zweite Sinuswelle ist als Wellenform 202 gezeigt.
  • Wenn die Maske in der Y-Richtung abgetastet wird, erfaßt der Detektor 34 für transmittiertes Licht, ob ein bestimmtes Pixel vollständig transparent ist. Nur bei solchen vollständig transparenten Pixeln werden Intensitätsmessung für reflektiertes Licht genommen und digitalisiert. Bei solchen Pixeln wird die Intensität des reflektierten Lichts bestimmt und digitalisiert. Dies wird durch die Darstellung im unteren Ende von 10 angedeutet, worin dargestellt ist, daß während der Zeit, in der die Abtastung, wie von dem Ausgang des Detektors 34 bestimmt, über das nicht transparente Merkmal 164 läuft, der Ausgang des Detektors 36 ignoriert wird. Aus dem Intensitätswert und aus der Y-Koordinate des Pixels zusammen mit den Werten von A, w und I0, welche während der Kalibnerung bestimmt wurden, bestimmt das Elektronikuntersystem 20 D aus Gleichung 2 und die entsprechende Weglängenänderung bei dem Pixel, d.h. die Höhe d der Oberfläche des Merkmals über der Ebene 174.
  • Es ist darauf hinzuweisen, daß es aufgrund der periodischen Natur einer Sinuswelle eine Mehrdeutigkeit gibt, da Pfadlängenänderungen, welche einer Phasenverschiebung von 360° entsprechen, nicht unterscheidbar sind. Jedoch können plötzliche Änderungen, welche zu einer 360° Phasenverschiebung führen, nur auftreten, wenn das Phasenverschiebungsmaterial einen Grat auf weist. Solch ein Grat erzeugt Beugung, welche dann in der Transmissions-Betriebsart erfaßt wird. Daher ist die Mehrdeutigkeit aufgrund einer 360° Phasenverschiebung auflösbar, und es ist möglich, kontinuierlich, bei jedem Pixel die Dicke des Phasenverschiebungsmaterials zu verfolgen.
  • In der Praxis ist es nicht wahrscheinlich, daß die Maskensubstrate perfekt parallel zu der Bildebene sind, noch ist es wahrscheinlich, daß das Substrat perfekt eben ist. Jedoch sind diese Abweichungen graduell, und auf einer 5X Phasenverschiebungsmaske muß man Änderungen nur innerhalb eines Radius von 4 – 5 Mikrometern betrachten. Insbesondere ist nur die relative Phasenverschiebung zwischen zwei benachbarten Merkmalen wichtig, wie zum Beispiel die relative Phasenverschiebung zwischen den Orten 180, 162 und 184. Es ist wahrscheinlich, daß diese Punkte weniger als 4 Mikrometer voneinander entfernt sind.
  • Um zu bestimmen, ob es einen Phasenfehler ausreichender Größe gibt, so daß ein Defekt auf dem Substrat angezeigt wird, wird die Weglänge bei jedem transparenten Pixel, welches von Phasenverschiebungsmaterial 162 (10) bedeckt ist, berechnet. Dieser Wert wird dann mit dem Mittelwert der Weglängen zweier benachbarter Punkte verglichen, bei denen kein Phasenverschiebungsmaterial ist, wie zum Beispiel Punkte 180 und 184. Wenn der Weglängenunterschied von einem akzeptablen Wert um mehr als einen vorbestimmten Schwellenwert, wie zum Beispiel 10°, bei der Druckwellenlänge abweicht, wird die Dicke des Phasenverschiebungsmaterials an dem überprüften Punkt als defekt markiert.
  • Zusätzlich zum Durchführen von Pfadlängenvergleichen zwischen Punkten auf geometrischen Merkmalen in der gleichen Umgebung, sucht das System nach fehlenden oder zusätzlichen geometrischen Merkmalen, wie sie bei der Strukturerzeugung auftreten können. In der Chip-mit-Chip-Betriebsart werden die Weglängen der Pixel bei 173, 180 und 184 (10) des Chips 33 (3) mit den Weglängen bei den entsprechenden Pixeln des Chips 35 verglichen. Dieser Vergleich offenbart alle fehlenden geometrischen Merkmale, es sei denn, beide Chips 33 und 35 haben den gleichen Fehler. Ähnlich kann in der Chip-mit-Datenbank-Betriebsart einen Vergleich zwischen den Weglängen, welche mit den zuvor zugeordneten Pixeln verbunden sind und der Beschreibung dieser Pixel in der CAD-Datenbank durchgeführt werden.
  • Alternatives Phasenverschiebungsmessverfahren
  • Die oben genannte Meßtechnik verwendet einen digitalen Ansatz, um die relative optische Weglänge an Gitterpunkten zu bestimmen, so daß der Phasenverschiebungswinkel an jedem Punkt bestimmt wird. Wie unten erklärt wird, kann man auch ein analoges Verfahren anwenden, um den Phasenverschiebungswinkel zu finden.
  • 12 stellt den zusätzlichen Schaltkreis dar, welcher für dieses Verfahren benötigt wird, zum Einfügen in die Vorrichtung aus 1 bei 208, so daß der Phasenverschiebungswinkel bestimmt wird. Das analoge Signal, welches von dem Detektor 36 erhalten wird, wird in einen Eingang 209 eines analogen Phasendetektors 210 eingegeben, welcher auch ein anderes Signal bei 211 von einem numerisch gesteuerten Oszillator 212 erhält. Ein zu dem Phasenunterschied zwischen diesen beiden Signalen proportionales Signal wird von einem 8 Bit A/D-Wandler 214 in eine digitale Form umgewandelt und an einen Codierer 216 und auch an einen digitalen Tiefpaßfilter 218 weitergeleitet. Das digitale Filter 218 und der Codierer 216 werden von einem Steuersignal, welches von dem Detektor 34 erhalten wird, gesteuert. Das digitale Filter 218, welches als ein Integrierer arbeitet, akzeptiert einen Eingang nur, wenn der Detektor 34 anzeigt, daß die Maske an dem überprüften Punkt transparent ist. Der Codierer 216 nimmt das 8-Bit Ausgangssignal des A/D-Wandlers 214 an und verschiebt es um 1 Bit nach rechts. Wenn das Pixel an diesem Punkt transparent ist, fügt der Codierer eine 0 an der signifikantesten Stelle des digitalen Signals ein und überträgt das verbleibende Signal als Phasensignal an das Untersystem 20. Sollte der Detektor 34 anzeigen, daß das Pixel undurchsichtig ist, wird das digitale Signal vollständig als Einsen, 11111111, codiert. Dies zeigt dem Untersystem 20 an, daß das Phasensignal ungültig ist und nicht beachtet werden sollte.
  • Der zuvor erläuterte Schaltkreis ist ein Phasenregelkreis, welcher langsamen Änderungen der Phase folgt, wie sie von sich langsam ändernden Phänomenen verursacht werden können, wie zum Beispiel einer nicht perfekten Ebenheit der Maske. Der Ausgang des Codierers 216 zeigt, wenn gültig, die Weglängenänderung in dem lokalen Bereich an.
  • Alternative Realisierung des optischen Phasenverschiebungssystems
  • In einigen Fällen ist es eher wünschenswert, die tatsächliche Phasenverschiebung zu messen anstatt aus der relativen Weglänge auf die Phasenverschiebung zu schließen. Dies kann erreicht werden durch Verwenden transmittierter Interferometrie. 13a und 13b sind vereinfachte schematische Diagramme, in welchen zur Vereinfachung viele der in 2 gezeigten Elemente weggelassen wurden, aber sie stellen eine Variante dar, welche eine Messung in entweder einer transmittierten Betriebsart oder in einer reflektierten Betriebsart oder in beiden erlauben, wobei eine entsprechende Interferometrie mit transmittiertem Licht und gleichzeitig eine Messung des reflektierten und transmittierten Interferenzmusters verwendet wird.
  • Wie in 13a abgebildet, ist der Pellicle-Strahlteiler 230 hinzugefügt, welcher Licht reflektiert, das von dem Teiler 60 empfangen wird und welcher einen Referenzstrahl an dem Detektor 34 über den Weg 213 hinter dem gekippten Spiegel 232, der Objektivlinse 234 und einem weiteren Strahlteiler 236 empfängt, um diesen alternativen Betrieb in der Transmissionsbetriebsart zu realisieren. Die Interferenz des Referenzstrahls und des bildgebenden Strahls, welcher entlang dem Pfad 240 und durch das Substrat 14 läuft, wird bei dem Detektor 34 erfaßt.
  • In der Betriebsart mit reflektiertem Licht wird das Referenzlicht, welches von dem Teiler 60 geteilt wurde, entlang dem Weg 250 auf den gekippten Spiegel 118 gelenkt und an den Detektor 36 zurückgeleitet, an dem es mit dem bildgebenden Licht interferiert, welches durch den Teiler 60 und entlang dem Weg 260 zu dem Substrat 20 läuft, wo es entlang dem Pfad 260 zurückreflektiert wird und von dem Teiler 60 in den Detektor 36 reflektiert wird.
  • Es ist darauf hinzuweisen, daß diese Alternative ebenfalls die gleichzeitige Messung der Phase sowohl in den reflektierten als auch den transmittierten Betriebsarten erlaubt.
  • Da Laser eine begrenzt Kohärenzlänge sowohl in den reflektierten als auch den transmittierten Interferenzbetriebsarten haben, sollte die Weglänge für den bildgebenden Strahlpfad und den Referenzstrahlpfad ungefähr die gleiche sin.
  • Linienbreitenmessung
  • 14 zeigt eine ebene Ansicht des kleinen Bereichs 270 einer Maske. Die Fläche 272 ist transparent und sie wird von einem Merkmal 274 durchquert, welches entweder undurchsichtig (Chrom oder ein anderes Material) oder transparent sein kann, wenn das Quarzsubstrat der Maske von phasenverschiebendem Material bedeckt ist. Das System mißt die Intensität an äquidistanten Gitterpunkten, die bei 276 gezeigt sind. Wie vollständiger unter erklärt wird, werden diese Intensitätsmessungen dann so verwendet, daß die Linienbreite, d.h. der Abstand 278 über ein Merkmal 274, bestimmt wird.
  • Es ist darauf hinzuweisen, daß an jedem der Gitterpunkte 276 die Intensität die Faltung der Point-Spread-Function des optischen Systems mit dem Durchlaßprofil des Merkmals ist. Typischerweise ist das Durchlaßprofil eine Stufenfunktion. Daher ist für ein gerades Merkmal, wie in 14 gezeigt, die an einem bestimmten Gitterpunkt gemessene Intensität eine Funktion des rechtwinkligen Abstandes des Gitterpunkts zu der Kante des Merkmals (Linie 274). Die Intensität bei einem bestimmten Punkt in der Nähe eines Merkmals kann daher als der rechtwinklige Abstand von dem Punkt zu der Linie interpretiert werden. Diese Interpretation wird in einem einfachen Tabellennachschlagbetrieb in dem Computer 24 (1) ausgeführt. Auf der Basis der Intensität an den Gitterpunkten 280 und 282 sind die Abstände S1 und S2 bekannt, und die Steigung der Kante relativ zu einem Merkmal ist:
    Figure 00200001
    wobei a der Abstand zwischen den Gitterpunkten 280 und 282 ist und G der Winkel 284 ist. Nachdem die Steigung der Kante eines Merkmals (Linie) bestimmt wurde, kann die gegenüberliegende Kante der Linie auf gleiche Weise lokalisiert werden, und es kann eine Verifizierung durchgeführt werden, daß sie parallel zu der zuvor berechneten Linienkante ist. Auf Basis der Intensitäten entlang der beiden Kanten der Linie wird die Linienbreite in dem Steuercomputer 24 berechnet.
  • Das zuvor beschriebene Verfahren zur Linienmessung ist genau genommen normalerweise nur auf konventionelle Masken anwendbar, welche keine Oberflächenbereiche aufweisen, die von Phasenverschiebungsmaterial bedeckt sind. Jedoch kann die oben beschriebene Technik auch für die Messung von Phasenverschiebungsmerkmalen verwendet werden, da an den Rändern zwischen der klaren Fläche und einer von Phasenverschiebungsmaterial bedeckten Fläche Beugung des einfallenden Strahls auftritt und entlang dieses engen Randes kein Licht transmittiert wird. Die Linienbreite ist der Abstand zwischen der Mitte eines Randes und der Mitte des gegenüberliegenden Randes.
  • Es ist bekannt, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen für Fachleute offensichtlich sind. Zum Beispiel könnte ein über eine Zeitverzögerung integrierender Sensor des in dem oben zitierten Levy-Patent 4,579,455 beschriebenen Typs verwendet werden, so daß das Erfordernis, den Laserstrahl während des Rasterbetriebs zu rastern, vermieden wird, anstatt den Lineardetektor 34 aus der bevorzugten Ausführungsform zu verwenden. Mit solch einer Modifikation müßte, wenn ein Laser als Lichtquelle verwendet wird, die Kohärenz in der Y-Richtung durch Verwenden einer sich drehenden Mattscheibe zerstört werden. Die Kohärenz in der X-Richtung wird durch den über die Zeitverzögerung integrierenden Sensor zerstört.
  • Die vorliegende Erfindung
  • Wie aus der folgenden Diskussion ersichtlich wird, stellt die vorliegende Erfindung ein Überprüfungssystem und ein Verfahren bereit, welches ein starkes Abweichen von dem traditionellen Chip-mit-Chip-Vergleichsverfahren zur Substratüberprüfung vorsieht. Mit der wohlbekannten und weit verwendeten Chip-mit-Chip- (oder Chip-mit-Datenbank-) Vergleichstechnik werden die Charakteristiken des zu überprüfenden Substrats mit einem anderen ähnlichen Substrat oder einer Datenbank, welche als richtig bekannt ist, verglichen. Dies erfordert bei dem Chip-mit-Chip-Verfahren die gleichzeitige Verarbeitung der gleichen Information in zwei optischen Säulen sowohl für den zu überprüfenden Chip als auch für die Probe, mit welcher dieser verglichen wird, was sowohl in Bezug auf die Hardware als auch in Bezug auf die Computerverarbeitung aufwendig ist.
  • Wie aus der folgenden Diskussion ersichtlich, führt die vorliegende Erfindung alle Überprüfungsaufgaben durch, wobei nur eine einzige optische Säule und nur das zu überprüfende Substrat verwendet wird. Dies wird, wie ersichtlich werden wird, durch Analysieren des Verhältnisses zwischen zwei oder mehreren der von diesem Substrat transmittierten und reflektierten Lichtsignalen und der Funktionen, welche aus diesen Signalen berechnet werden, des Verhältnisses zwischen diesen Lichtsignalen und des Verhältnisses zwischen jedem der transmittierten und reflektierten Lichtsignale und den zweiten Ableitungen dieser Lichtsignale erreicht.
  • Systemüberblick
  • Bevor die Theorie und der Betrieb der vorliegenden Erfindung und alle die Optionen, welche sie darstellt, vollständig erklärt werden, ist die grundlegende Struktur des Systems der vorliegenden Erfindung, wie in der vereinfachen Ansicht aus 15 und in der kompletteren Ansicht aus 16 dargestellt, sehr ähnlich zu den vereinfachten und detaillierten 1 bzw. 2. Der Unterschied zwischen 1 und 15 ist, daß der Datenbankadapter 18 für die vorliegende Erfindung nicht benötigt wird. Ähnlich ist der Unterschied zwischen den 2 und 16, daß die Komponenten zur Phasenverschiebungs-/Linienbreitenmessung, die sich links von dem Strahlteiler 60 erstrecken, nicht notwendig sind, um die Funktion der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Jedoch können die Phasenverschiebungs-/Linienbreitenmessungen durchgeführt werden, wobei die gleichen Transmissionsdaten verwendet werden, wie jene, die für die Überprüfung mit der Technik der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Aus den 15 und 16 ist ersichtlich, daß das automati sche optische Überprüfungssystem 10 drei spezialisierte Untersysteme aufweist: ein Laseroptisches Untersystem 11, ein Untersystem mit X-Y-Objekttisch und Servoantrieben 12 und ein elektronisches Steuer- und Anzeigeuntersystem 19. 15 zeigt auch ein Substrat 14 auf dem X-Y-Objekttisch 12, welches auf Defekte überprüft werden soll.
  • Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, daß transmittierte und reflektierte Lichtüberprüfungen entweder gleichzeitig oder wahlweise einzeln zu einer Zeit durchgeführt werden, wobei die Anforderungen an den beleuchtenden Lichtstrahl auf dem Substrat 14 und die Position des Substrats 14 die oben diskutierten sind.
  • Die zugrundeliegende Theorie der Funktionsweise, welche vollständiger unten diskutiert wird, beruht auf der Möglichkeit des Vergleichs von Signalen, welche mindestens zwei der erfaßten transmittierten und reflektierten Lichtstrahlen entsprechen und darauf, daß Funktionen von jedem von diesen in der Lage sind, die Existenz eines Defekts zu offenbaren. Die beiden gemessenen Werte des Systems sind die Intensität des Lichtstrahls, welcher durch das Substrat transmittiert wird, so wie er von dem Transmissionsdetektor 34 erfaßt wird und die Intensität des reflektierten Lichtstrahls, so wie er von dem Detektor 36 für reflektiertes Licht erfaßt wird. Diese beiden gemessenen Werte können dann so verarbeitet werden, daß sie den Typ eines Defekts, falls einer vorliegt, an einem entsprechenden Punkt auf dem Substrat offenbaren. Zum Beispiel sind sowohl ein Chromfleck als auch ein Teilchen auf einem Substrat undurchsichtig und führen daher zu einem „dunklen Ausgang" (geringer Signalausgang) des Transmissionsdetektors 34, wobei der reflektierende Chromfleckdefekt auf dem Substrat eine hochreflektierende Lichtanzeige erzeugt, während das Teilchen typischerweise weniger reflektiert. Daher kann durch die Verwendung sowohl reflektiver als auch transmittiver Erfassung zum Beispiel ein Teilchen oben auf einer Chromgeometrie lokalisiert werden, was nicht erfolgen könnte, wenn nur die reflektive oder transmittive Charakteristik des Defekts untersucht würde. Im allgemeinen kann man Signaturen für bestimmte Typen von Defekten bestimmen, wie zum Beispiel das Verhältnis ihrer reflektierten und transmittierten Lichtintensitäten. Diese Information kann dann so verwendet werden, daß Defekte automatisch klassifiziert werden.
  • X-Y-Obiekttisch und Servoantriebe 12
  • Der X-Y-Objekttisch 12 ist ein Präzisionssubstratantrieb unter der Steuerung des Elektronikuntersystems 20 und er ist in der Lage, das Testsubstrat 14 in einer serpentinenartigen Weise in einer einzigen Ebene relativ zu der optischen Achse des optischen Untersystems 11 zu bewegen, so daß alle oder jeder ausgewählte Teil der Substratoberfläche beleuchtet und daher überprüft werden kann.
  • In einem typischen Überprüfungssystem der vorliegenden Erfindung ist der Objekttisch 12 ein luftbelasteter X-Y-Kreuztisch, welcher von einem Linearmotor oder einem Servomotor an jeder Achse angetrieben ist, wobei die Position des Objekttischs 12 entlang jeder Achse durch Interferometer (nicht gezeigt), wie zum Beispiel ein Modell TIPS V, hergestellt von Teletrac Corporation, überwacht wird.
  • Elektronik- und Steuerungsuntersystem 19
  • Das Elektronik- und Steuerungsuntersystem 19 weist, wie in 1 gezeigt, verschiedene Elemente auf. Es weist ein Elektronikuntersystem 20, einen Steuercomputer 24, eine Tastatur 26 und eine Anzeige 22 auf. Die Tastatur 26, in Verbindung mit dem Steuercomputer 24 und die Anzeige 22 in Verbindung mit dem Elektronikuntersystem 20 stellen die Benutzerschnittstelle mit dem Überprüfungssystem der vorliegenden Erfindung bereit. Zusätzlich ist das Elektronikuntersystem 20 mit dem X-Y-Objekttisch 12, den Detektoren 34 und 36 für transmittiertes und reflektiertes Licht und dem Steuercomputer 24 verbunden.
  • Der Steuercomputer 24 arbeitet als die Betreiberkonsole und als die Hauptsteuerung des Systems und ist eine Einrichtung, wie zum Beispiel ein SPARC-Computer, hergestellt von Sun Microsystems aus Mountain View, Kalifornien, wobei alle Systemschnittstellen mit dem Betreiber und den Einrichtungen des Benutzers durch den Steuercomputer 24 hergestellt werden. Befehle werden an alle anderen Untersysteme ausgegeben, und der Zustand aller anderen Untersysteme und Komponenten wird überwacht, so daß die Vervollständigung der dem Betreiber zugeordneten Aufgaben erleichtert wird.
  • Die Aufgabe des Elektronikuntersystems 20 ist es, die von dem Steuercomputer 24 ausgegebenen Befehle zu interpretieren und auszuführen. Diese Aufgaben sind: Digitalisieren des Eingangs für transmittiertes und reflektiertes Licht von den Detektoren 34 und 36, Ausgleichen dieser Werte für Änderungen der Intensität des einfallenden Lichts, Ansammeln des Ausgangs der Interferometer, welche verwendet werden, um den Objekttisch 12 zu verfolgen, Bereitstellen des Antriebs für die Servos des Objekttisches 12 und Überwachen der Sensoren, welche den Zustand anzeigen.
  • Betriebstheorie
  • Der Transmissionsdetektor 34 erzeugt sofort und fortlaufend ein transmittiertes Lichtsignal 15, welches proportional zu dem Licht ist, welches durch das Substrat 14 transmittiert ist und welches von dem Transmissionsdetektor 34 empfangen wird. Das transmittierte Lichtsignal 15 wird dann in dem Elektronikuntersystem 20 verstärkt und verschoben, so daß die Spitze-zu-Spitze-Signalamplitude auf Werte zwischen 0 und 1 normalisiert wird. Ähnlich erzeugt der Detektor 36 für reflektiertes Licht sofort und fortlaufend ein Signal 17 für reflektiertes Licht, welches proportional zu dem Licht ist, welches von dem Substrat 14 reflektiert wird und welches von dem Detektor 36 für reflektiertes Licht empfangen wird. Das reflektierte Lichtsignal 17 wird ähnlich in dem Elektronikuntersystem 20 non normalisiert.
  • Zum Zweck der Diskussion und um die vorliegende Erfindung weiter zu diskutierten, wird angenommen, daß das Substrat 14 eine undurchsichtige Schicht hat, welche einen Teil des darunterliegenden Materials des Substrats 14 bedeckt. Diese undurchsichtige Schicht wird einen größeren Teil des einfallenden Laserlichts 13 reflektieren als in gleicher Weise von der Oberfläche des reinen darunterliegenden Materials des Substrats reflektiert wird. Zum Beispiel ist es aus dem Stand der Technik bekannt, daß bei einer Wellenlänge von 488 nm anti-reflektierendes Chrom (undurchsichti ge Schicht) eine Reflektivität von 11 % hat und daß das darunterliegende Quarzmaterial eines Substrats eine Reflektivität von 4,5% hat.
  • 17 stellt ein hypothetisches Modell für die normalisierten transmittierten und reflektierten Lichtsignale 350 bzw. 352 für eine Rasterung über ein Substrat, dar, wobei die Abszisse aus 17 die Zeit oder der Abstand über das Substrat 14 ist, wenn der Lichtstrahl 13 relativ zu der Oberfläche des Substrats 14 fortschreitet. Wenn der Lichtstrahl 13 einen unbedeckten Bereich des Substrats 14 rastert, welcher ein Barunterliegendes Material aus Quarz aufweist, so liegt das normalisierte transmittierte Lichtsignal 350 bei Niveau 1 und das normalisierte reflektierte Lichtsignal 352 bei Niveau 0, wie im Bereich 340 in 17 gezeigt. Darüber hinaus liegt, wenn der Lichtstrahl 13 einen Bereich des Substrats 14 rastert, welcher eine undurchsichtige Schicht aufweist, das normalisierte transmittierte Lichtsignals 350 bei einem Niveau 0 und das reflektierte Lichtsignals 352 bei einem Niveau 1, wie im Bereich 342 in 17 gezeigt. In dem Fall, in welchem der Lichtstrahl 13 an einer Kante einer undurchsichtigen Schicht eines Merkmals auf dem Substrat 14 ist, geht das normalisierte transmittierte Lichtsignal 350 von Niveau 1 zu Niveau 0 über, während das normalisierte reflektierte Lichtsignal von Niveau 0 zu Niveau 1 übergeht, wie im Bereich 341 in 17 dargestellt.
  • Dieses hypothetische Modell nimmt an, daß die transmittierten und reflektierten Signale an dem gleichen Punkt auf dem Substrat 14 in Abwesenheit von Defekten immer komplementär zueinander sind, so daß ihre Summe 354 ebenfalls in Abwesenheit von Defekten invariant ist. Dieses Verhalten wird in 17 durch das Summensignal 354 dargestellt, welches um 0,5 von jedem der Signale 315, 352 beabstandet ist. Daher würde es ein solches Verhalten erlauben, jede beobachtete Abweichung zu dem Summensignal als eine Defekterfassung zu interpretieren. Der nächste Absatz diskutiert einige Einschränkungen dieses hypothetischen Modells und schlägt ein Verfahren für die Erfassung von Defekten vor, bei dem dieser Ansatz gestärkt werden könnte. Die folgende Diskussion liefert einen Ansatz, welcher von den Einschränkungen des soeben diskutierten Modells unbeeinflußt ist.
  • Gemäß 18 sind die typischen Signale, welche für ein realisierbares optisches Untersystem beobachtet werden, auf eine Weise ähnlich zu der aus 17 dargestellt. Sie weist ein transmittiertes Lichtsignal 370, ein reflektiertes Lichtsignal 372 und ein Summensignal 374, welches im am weitesten links liegenden Bereich, welcher dem Bereich 340 aus 17 entspricht, um 0,5 beabstandet ist. In diesem Bereich aus 18 sind die Signalwerte typisch für eine Überprüfung über das freie Substrat, wobei keine undurchsichtige Überschicht oder Defekte vorliegen. In der Mitte des Bereichs aus 18 resultieren sowohl ein Echozeichen 373 in dem normalisierten reflektierten Lichtsignal 372 als auch ein daraus folgendes Echozeichen 376 in dem Summensignal 374 aus einer bestimmten Verunreinigung oben auf einer undurchsichtigen Schicht auf dem Substrat 14. In dem am weitesten rechts liegenden Bereich in 18 sind das Echo 371 in dem normalisierten transmittierten Lichtsignal 370, das entsprechende Echo 375 in dem normalisierten reflektierten Lichtsignal 372 und das resultierende Echo 377 in dem Summensignal 374 alle von einer bestimmten Verunreinigung auf einem transparenten Substrat 14 verursacht.
  • Es ist ebenfalls darauf hinzuweisen, daß in der typischen Situation das Summensignal 374 in den Übergangsbereichen (ähnlich den Bereichen 341 in 17) der Darstellung auch von dem konstanten 0,5 Niveau abweicht. Diese Übergangsbereiche entsprechen denjenigen Teilen des Substrats 14, die nahe den Kanten von Merkmalen auf diesem (d.h. Grenzen zwischen undurchsichtigen Schichten auf dem Substrat und freien darunterliegenden Substratbereichen) liegen. Solch eine Abweichung erscheint in 18 als Echo 378. Abweichungen, wie zum Beispiel Echo 378, gibt es aufgrund von Änderungen im Streuverhalten des Lichts an Kanten von Merkmalen auf dem Substrat und von Fehlanpassungen zwischen den Teilkohärenzparametern der transmittierten und reflektierten optischen Wege (siehe 15 und 16). Typischerweise können diese Abweichungen in dem Summensignal an Merkmalkanten, in etwa die gleiche Größe haben wie ein Echo 377, welches von einer Submikrometer Verunreinigung auf dem Substrat 14 verursacht wird. Daher liefert die Erfassung von Defekten durch die Summation der reflektierten und transmittierten Lichtsignale 17 bzw. 15 kein adäquates Verfahren zum Unterscheiden teilchenförmiger Submikrometer-Verunreinigung von Merkmalskanten auf dem Substrat r.
  • Eine Erweiterung des Verfahrens, so daß es einem realisierbaren optischen Untersystem ermöglicht wird, automatisch zwischen Oberflächenmerkmalen und Defekten eines Substrats zu unterscheiden, wird unten in Bezug auf 19 bis 22 diskutiert.
  • 19 stellt das Verhältnis zwischen einer Familie von Paaren von normalisierten transmittierten und reflektierten Signalwerten dar, wobei jedes Paar von Werten an einem bestimmten Punkt auf der Substratoberfläche 14 auftritt, wenn der Lichtstrahl 13 über das Substrat 14 abgelenkt wird, wobei die Korrelation zwischen jedem der beiden Signalpaare gezeigt wird, wenn keine Defekte an irgendeinem Punkt auf dem Substrat 14 vorliegen. In 19 ist das normalisierte transmittierte Lichtsignal auf der Abszisse 400 aufgetragen und das normalisierte reflektierte Lichtsignal von dem gleichen Punkt auf dem Substrat 14 ist auf der Ordinate 401 für jedes Paar von Signalen von jedem überprüften Punkt auf dem Substrat 14 aufgetragen.
  • Wie oben in Bezug auf 15 diskutiert, normalisiert und verschiebt das Elektronikuntersystem 20 die Transmissions- und Reflexionssignale 15 und 17 in einem Bereich zwischen 0 und 1. Daher stellt zum Beispiel Bereich 450 aus 19 Signalpaare aus einem Substratbereich dar, in dem es ein viel größeres reflektiertes Signal als das transmittierte Signal gibt, welches eine undurchsichtige Schicht auf dem Substrat an diesem Punkt darstellen könnte. Da eine undurchsichtige Schicht den Lichtstrahl abschwächt, führt dies zu einem kleinen Lichttransmissionswert und gleichzeitig reflektiert die undurchsichtige Schicht ungefähr 11 % des einfallenden Laserstrahls auf den Sensor 36 für reflektiertes Licht. Ähnlich kann Bereich 452 aus 19 betrachtet werden, so daß er den Zustand darstellt, bei dem der Laserstrahl 13 einen freien Bereich eines Quarzsubstrats rastert. Werte im Bereich 452 stammen von einem Punkt auf dem Substrat 14, welcher einen großen Teil des Lichtstrahls 13 transmittiert, was zu einem hohen detektierten transmittierten Lichtwert führt, während an dem gleichen Punkt auf dem Substrat nur ungefähr 4,5% des einfallenden Laserstrahls 13 reflektiert werden, was zu einem kleinen detektierten Reflektivitätswert führt. Daher stellt der mitt lere Bereich 455 in 19 Punkte auf der Oberfläche des Substrats 14 dar, an denen der Lichtstrahl 13 die Kanten von Merkmalen rastert.
  • Ein typisches Verhältnis von Transmissions-Reflexions-Verhältnis im T-R-Raum (die Koordinatenebene, welche von den orthogonalen T- und R-Achsen definiert wird) ist für eine realisierbares optisches System durch die Kurve 420 dargestellt, welche innerhalb eines gleichförmigen Toleranzbereichs, der von der Einhüllenden 421 definiert wird, eingeschlossen ist. (Es ist darauf hinzuweisen, daß sich die Form der Kurve 420 in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren ändert: den Betriebscharakteristiken des optischen Untersystems 11 sowie den Materialien der zugrundeliegenden Schicht und der Oberflächenschichten der Merkmale des Substrats 14. Jede Kombination eines optischen Untersystems und eines Substratentwurfs hat daher ihre eigene charakteristische Kurve 420 in dem T-R-Raum.)
  • Daher kann jeder überprüfbare Punkt oder Pixel auf dem Substrat 14 in dem T-R-Raum durch einen Punkt mit Koordinaten entsprechend den transmittierten und reflektierten Signalwerten, die an diesem Pixel erzeugt wurden, dargestellt werden. Diejenigen Pixel mit transmittierten und reflektierten Signalwerten, die in die Toleranzeinhüllende 421 fallen, werden als defektfrei betrachtet, während alle anderen entweder Defekte oder Systemrauschen darstellen. Die Toleranz, mit der die Prüfung ausgeführt werden soll und mit welcher daher die transmittierten und reflektierten Pixelpaare als defekt betrachtet werden sollen, wird durch die Breite der Einhüllenden 421 und den Abstand ihrer Begrenzungen von der Kurve 420 bestimmt. Die Breite der Einhüllenden 421 und daher die Überprüfungstoleranz kann nach Position entlang der Kurve 420 parametrisch verändert werden, so daß ein Benutzer engere Toleranz gegenüber gefährlicheren Typen von Defekten und eine geringere Toleranz gegenüber anderen Typen von Defekten einstellen kann. Zum Beispiel kann die Defektidentifikationssensitivität über freien Bereichen des Substrats unabhängig von der Identifikationssensitivität von Defekten über den undurchsichtigen Bereichen des Substrats sein. Es könnte sogar einen komplexen Satz von Toleranzen geben, der sich über den gesamten T-R-Raum erstreckt (d.h. die Breite der Einhüllenden 421 muß nicht gleichförmig entlang der T-R-Kurve 420 sein).
  • Daher ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung eine T-R-Raumkoordinatenebene wie in 19. Daher wird ein Defekt identifiziert, wenn der T-R-Punkt für irgendeinen Punkt des Substrats außerhalb der ausgewählten Toleranzeinhüllenden, welche durch die Begrenzung 421 definiert wird, fällt, unabhängig davon, ob die tatsächlichen Koordinaten des Punkts des Defekts bekannt sind oder nicht. Es ist festzuhalten, daß es bislang in diesem Abschnitt der Beschreibung keine Diskussion der Ausrichtung des Substrats und des Haltens irgendwelcher Koordinaten von Defekten im Speicher gibt. Da das vorliegende Überprüfungssystem kein Vergleichssystem wie im Stand der Technik ist, ist es nicht notwendig, den physikalischen Ort eines Defekts auf dem Substrat zu kennen, um zu bestimmen, daß es einen Defekt gibt. Alles, was man benötigt, um dies zu tun, ist, die Toleranz auszuwählen, welche für jeden Typ von Oberflächencharakteristik akzeptabel ist und wenn eine T-R-Messung außerhalb der Einhüllenden 421 fällt, ist das Substrat defekt. Es ist ebenfalls anzumerken, daß es für das Verfahren der vorliegenden Erfindung auch nicht wichtig ist, daß die Punkte in dem T-R-Raum aneinandergrenzen, damit das Verfahren Defekte findet. Zum Beispiel kann der erste Punkt in den Bereich 450 fallen, die nächsten 55 Punkte in den Bereich 425, dann wieder sechs Punkte in den Bereich 450, ein Punkt in den Bereich 455 und dann zwei Punkte in den Bereich 452, etc. Die Sequenz ist unwichtig für die Fähigkeit der vorliegenden Erfindung, das Vorhandensein eines Defekts zu identifizieren.
  • Wie während der Entwicklung der vorliegenden Erfindung entdeckt wurde, vermittelt auch der Ort des T-R-Punkts in der T-R-Ebene Information über die physikalischen Eigenschaften des Pixelelements auf der Oberfläche des Substrats und in dem Fall eines Defekts des gefundenen Defekttyps. Daher ist ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung die Verwendung des T-R-Erfassungsraums zur automatischen Defektklassifikation.
  • Ausgehend von dieser Entdeckung weist der Defekterfassungsprozeß der vorliegenden Erfindung mindestens die Fähigkeit auf, Defekttypen zu identifizieren, wobei der T-R-Raum verwendet wird. Um dies zu tun, muß der Bereich ohne Defekte im T-R-Raum, welcher von der Begrenzung 421 definiert wird, so bestimmt werden, daß jedes T-R-Paar für ein überprüftes Pixel auf dem Substrat 14 unmittelbar als ein defekter oder ein nicht-defekter Punkt bestimmt werden können, dadurch, daß er entweder innerhalb oder außerhalb des nicht-defekten Bereichs innerhalb der Begrenzung 421 fällt. Darüber hinaus könnte der Ort des T-R-Punkts, wenn gewünscht, analysiert werden, so daß der Typ des Defekts, welcher erfaßt wurde, identifiziert wird.
  • Verfahren zum Begrenzen des nicht-defekten Bereichs und der verschiedenen Defektklassifikationszonen, welche zusammen als die T-R-Referenzkarte bezeichnet werden, werden weiter unten diskutiert. Darüber hinaus ist keine Ausrichtung des Substrats mit dem Defektbestimmungssystem der vorliegenden Erfindung erforderlich, da der Defekterfassungsprozeß nur von den beiden gemessenen Signalen, T und R an einem einzigen Punkt des Substrats abhängt und er nicht von dem Vergleich der Test- und Referenzbilder (Chip-mit-Chip oder Chip-mit-Datenbank) wie in US-Patent 4,926,489 gelehrt, abhängt.
  • Mit dem Gesagten wurde beobachtet, daß die Verwendung eines globalen Ausrichtungsschritts für das Substrats mit einem Referenzgitter das System darüber hinaus in die Lage versetzen würde, den Ort des Defekts auf dem Substrat 14 ebenfalls zu bestimmen, wenn der Benutzer dies wünscht. Jedoch ist, wie oben ausgeführt, für einen bestanden/durchgefallen-Defektbestimmungstest der physikalische Ort des Defekts auf dem Substrat unnötig.
  • 20 ist eine Auftragung einer typischen T-R-Referenzkarte, welche verschiedene Defektbereiche darstellt, auf die man mit dem gegenwärtig interessierenden Typ von Substrat stoßen könnte. Zum Beispiel: eine teilchenförmige Verunreinigung auf anti-reflektierendem Chrom würde, wie durch den Bereich 470 dargestellt, geringere T-Werte und mittlere R-Werte aufweisen; eine teilchenförmige Verunreinigung auf einem anderweitig freien Quarzbereich würde niedrige R-Werte und mittlere bis hohe T-Werte haben, wie durch Bereich 474 dargestellt; eine teilchenartige Verunreinigung auf der Kante eines Merkmals könnte einen breiten Bereich von T- und R-Werten aufweisen, von beiden niedrig bis zu einem hoch, während der andere niedrig verbleibt, wie durch den Bereich 472 dargestellt. Eine fehlende anti-reflektierende Chromschicht hätte einen hohen R-Wert und einen niedrigen T-Wert, wie durch den Bereich 478 dargestellt; sehr große Defekte hätten sehr niedrige T- und R-Werte, wie durch Bereich 480 dargestellt und die Anwesenheit dünner Rest-Chromtransmissionsdefekte hätte T- und R-Werte, die rechts und über der charakteristischen Kurve 420 liegen, wie durch den Bereich 481 dargestellt.
  • Für einige Typen von Defekten mag die Analyse des T-R-Punkts ein nicht ausreichend sensitives Anzeichen der Anwesenheit eines Defekts sein (d.h. die Änderung von entweder dem T- oder R-Werts wird nicht ausreichend deutlich für ein Problem sein, wenn der entsprechende andere Wert für einen bestimmten Pixel auf dem Substrat 14 gegeben ist). Ein Beispiel dieses Typs von Defekt ist ein Einschluß in einem Quarzsubstrat, welcher vollständig unter der Oberfläche einer Maske eingeschlossen ist. Bei diesem Typ von Defekt tritt die Änderung des Transmissionswerts T mit geringer oder keiner entsprechenden Änderung des Reflektivitätswerts R auf. Aus 20 ist ersichtlich, daß die nominale Referenzkurve 420 eine kleine Steigung für große T-Werte hat. Daher kann in diesem Bereich eine Änderung des Transmissionswerts allein nicht zu einem T-R-Punkt außerhalb der Einhüllenden führen und daher wird es schwierig sein, ihn nur im T-R-Raum allein zu erfassen.
  • Jedoch können, wenn die zweite Ableitung des normalisierten Transmissionswerts T'', welcher die Anwesenheit von Kanten in dem Bild identifiziert, gegen das normalisierte Transmissionssignal T wie in 21 aufgetragen wird, diese Typen von Defekten identifiziert werden. Das nominale Verhalten für Pixel von defektfreien Punkten auf dem Substrat entsprechen der Kurve 503, die von der Toleranzeinhüllenden 506, wie in 21 gezeigt, eingeschlossen ist. Die Koordinatenebene, wie in 21, wird als der T-T''-Erfassungsraum bezeichnet und ist ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung.
  • Wie im T-R-Raum erhält man eine T-T''-Referenzkarte durch Identifizieren des defektfreien Bereichs, hier innerhalb der Einhüllenden 506 und anderer bestimmter interessierender Bereiche im T-T''-Raum. In diesem Fall führt eine Änderung der Transmission zu einem T-T''-Punkt innerhalb des Orts 520 außerhalb des nicht-defekten Bereichs in der Einhüllenden 506, welcher tendenziell einen Transmissionsdefekt anzeigt, obwohl ein solcher Punkt auftreten könnte, wenn der Pixel nahe der Kante eines Merkmals angeordnet ist und überhaupt kein Defekt ist. Daher kann man sich nicht allein auf den T-T''-Raum verlassen, um die notwendige Unterscheidung in einer solchen Situation zu treffen. Ein Test für diesen Zustand ist im nächsten Abschnitt erklärt.
  • Während der Entwicklung des zweiten Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung wurde ebenfalls entdeckt, daß es nützlich ist, das reflektierte Signal R, aufgetragen gegen die zweite Ableitung des reflektierten Signals R'', zu betrachten. 22 stellt genauso den R-R''-Raum dar, welcher ebenfalls ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist. Die Kurve 603 stellt das nominale Verhältnis zwischen R und R" dar, und der Bereich 607 stellt den Bereich der Toleranz für nicht-defekte Pixel dar, wobei der R-R''-Erfassungsraum auch in unterschiedliche Bereiche von Interesse unterteilt ist. Einer dieser Bereiche von Interesse weist den möglicherweise defektfreien Bereich innerhalb der Kurve 607 auf, so daß eine R-R''-Referenzkarte gebildet wird. Andere interessierende Bereiche weisen den Ort 605 auf, wobei die Punkte darin möglicherweise daraus resultieren, daß der Laser eine undurchsichtige Schicht rastert, in welcher der R-Wert hoch, der T-Wert niedrig ist und der Wert von R" ebenfalls niedrig ist. Ein weiterer interessierender Bereich liegt innerhalb des Orts 609, wobei Punkte darin möglicherweise daraus folgen, wenn der Laserrasterstrahl einen Punkt auf einem freien Substrat beleuchtet. Der dritte interessierende Bereich ist der Ort des Punkts 630, welcher typisch ist für einen beleuchteten Pixel, welcher nicht an der Kante eines Merkmals angeordnet ist, wenn es einen entsprechenden Meßwert dieses Pixels im Bereich 520 des T-T''-Raums gibt (21). Wenn diese beiden Bedingungen erfüllt sind, entspricht der interessierende Pixel einem Transmissionsdefekt auf der Probe. Zuletzt liegen, wenn es einen Rest auf einer undurchsichtigen Schicht gibt, zugehörige Pixel im R-R''-Raum in dem Bereich 620, wobei die entsprechenden Werte von R und R'' die Anwesenheit eines Reflektivitätsdefekts anzeigen.
  • Um positiv alle möglichen Typen von Defekten auf heutigen Substratmaterialien an einem Punkt auf einem Substrat zu identifizieren und zu klassifizieren, ist es daher notwendig zu bestimmen, welche Defektbereiche von den Koordinaten des Punktes in jedem der T-R-, T-T''- und R-R"-Räume besetzt sind. Mit dieser Information kann das elektronische Untersystem 20 Koordinateninformation in Bereichsinformation reduzieren und unabhängig ein Defektsbereichsprotokoll für jeden Raum mit einem Code, welcher den Bereich anzeigt (zum Beispiel 452, 455, 470, 472, 474, 478, 480, 481, 505, 507, 509, 520, 605, 607, 620, 630, etc.), welcher von der Koordinate in diesem Raum belegt wird, erzeugen. Darüber hinaus kann das elektronische Untersystem 20 mit solch einem Bereichsprotokoll, welches für jeden Erfassungsraum erhältlich ist, dann logisch die Bereichsprotokolle von jedem der Erfassungsräume zusammenfügen, so daß ein endgültiges Defektprotokoll synthetisiert wird, welches umfassend die Ergebnisse codiert, welche für diesen Punkt auf dem Substrat gesammelt wurden und welches berichtet, ob ein Defekt durch diese Ergebnisse angezeigt wurde. Dieses letzte Defektprotokoll würde daher einen Pixeltypcode anzeigen und einen binären Defektanzeigewert, welcher anzeigt, ob ein Defekt vorliegt oder nicht. Mit dieser verfügbaren Information kann das System auch so programmiert werden, daß andere Typen von Berichten erzeugt werden, einschließlich einem, welcher die Anzahl von Punkten zählt, die jeder Defekttyp über das gesamte Substrat hat.
  • Viele Defekttypen können einfach durch das Auftreten einer Defektanzeige, welche in die Koordinaten eines Defekterfassungsbereichs fällt, in nur einem der zwei Funktionsräume (d.h. T-R, -T-T'-' oder R-R''-Raum) gefunden werden. Jedoch können wie oben erklärt, zum Beispiel bestimmte Transmissionsdefekte nur durch Auftreten einer Defektanzeige in beiden Funktionsräumen, dem T-T''-Raum im Bereich 520 (21), was einer Defektanzeige im R-R''-Raum im Bereich 630 (22) entspricht, erfaßt werden. Unter diesen Umständen wird ein finaler Transmissionsdefektbericht nur erzeugt, wenn dieses Auftreten des Defekts in beiden Bereichsberichten in den beiden verschiedenen Räumen angezeigt wird. Dieser Berichtstyp wird von einer logischen UND-Operation erzeugt, welche bestimmt, ob der T-R''-Raum über eine Koordinate im Bereich 520 berichtet UND der R-R''-Raum ebenfalls über eine Koordinate im Bereich 630 berichtet. Eine positive Verifikation von beidem Auftreten erzeugt dann einen finalen Bericht, welcher die Anwesenheit dieses Defekts vom Transmissionstyp anzeigt.
  • Daher wird die finale Defekterfassungs- und Klassifikationsprozedur durch Zusammenfügen der verschiedenen Bereichsberichte ausführt. Einige Defekttypen können auf verschiedenen Berich ten konditional sein, wie zum Beispiel der oben diskutierte Transmissionsdefekt, während andere Defekttypen unabdingbar von einzelnen individuellen Berichten angezeigt werden. Aus einer Hyperraumperspektive betrachtet, ist das, was gesagt wurde, daß einige Defekte im zweidimensionalen Raum erfaßt werden können (zum Beispiel im T-R- oder T-T''- oder R-R''-Raum einzeln, d.h. von einem einzigen Bericht, wie oben beschrieben), während andere nur im dreidimensionalen Raum (zum Beispiel T-R-T'') bestimmt werden können und noch andere können einen vierdimensionalen Raum oder einen fünfdimensionalen Raum, etc. erfordern.
  • Das elektronische Untersystem 20 ist daher so programmiert, daß es die notwendigen Kombinationen von logischen Operationen in der erforderlichen Reihenfolge ausführt, so daß ein finaler Defektbericht erzeugt wird, welcher die interessierenden Defekte aus den gesammelten Bereichsdefektberichten identifiziert. Der finale Defektbericht wird zunächst durch Kombinieren aller der bedingten Berichte durch UND-Operationen in der richtigen Sequenz und dann durch ODER-Verbindung dieser Ergebnisse mit den anderen Berichten erzeugt, wobei der finale Defektbericht daher einen Defekt anzeigt, wenn irgendeiner der individuellen Bereichsberichte einen Defekt anzeigt durch entweder bedingte oder unbedingte Erfassung (d.h. aus zwei, drei, vier, fünf Räumen in dem Hyperraummodell) und er liefert einen Defekttypcode, welcher anzeigt, welche Bereiche der Defektbereichsberichte für die Bestimmung der Anwesenheit des Defekts verantwortlich waren.
  • In der Praxis, die derzeit interessierenden Materialien vorausgesetzt, werden die verschiedenen Defekttypen durch Zusammenfügen der analytischen Ergebnisse, welche von den drei individuellen Erfassungsräumen erhalten wurden, erfaßt, welche die vier Pixelobservablen T, R, T'' und R'' aufweisen, die oben als paarweise in drei individuellen zweidimensionalen Koordinatenebenen aufgetragen diskutiert wurden, um die anfängliche Betrachtung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zu vereinfachen. In der Realität findet das Defekterfassungsverfahren der vorliegenden Erfindung innerhalb eines vierdimensionalen Beobachtungshyperraums mit Koordinaten T, R, T'' und R'' statt, wobei die vier Observablen für jeden Pixel einen Vektor mit vier Komponenten bilden. Zusätzlich kann dieser Hyperraum in verschiedene hyperdimensionale Klassifikationsbereiche unterteilt werden, wie in 20 – 22 dargestellt und sogar in T-R''-, R-T''- und T''-R''-Räume, wenn für irgendeine Material/Defekt-Kombination diese Räume ebenfalls von Interesse sind bei der Auflösung, ob ein bestimmter Defekttyp vorliegt, welcher nicht aus einem oder mehreren der zuvor diskutierten Räume bestimmt werden kann. Da das nominale defektfreie Verhalten eines überprüften Substrats einen hohen Grad an Korrelation in diesem vierdimensionalen Hyperraum aufweist, nimmt die vorliegende Erfindung den Vorteil dieser Redundanz durch Analysieren der Observablen in Paaren, Projizieren der observablen Vierfach-Vektoren auf ausgewählte zweidimensionale Koordinatenunterebenen, wodurch zur einfacheren Visualisierung, Berechnung und Identifikation von Defekttypen im wesentlichen der vierdimensionale Beobachtungs-Raum in drei individuelle zweidimensionale Unterräume zerlegt wird.
  • Daher ist es leicht zu veranschaulichen, daß alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung effektiv andere mögliche Kombinationen der vier Observablen zur Erfassungsanalyse verwenden können, zum Beispiel T gegen R''. Darüber hinaus müssen solche alternativen Unter räume nicht auf zweidimensionale Projektionen der Observablen beschränkt sein und im Prinzip können sie sich auf die Verwendung der gesamten vierdimensionalen Darstellung zur Erfassungsanalyse erstrecken, wie oben schlußfolgernd diskutiert.
  • Darüber hinaus können andere Observablen durch Anwendung alternativer Filteroperationen auf die gemessen T- und R-Signale, wie sie durch das Punktdiagramm der kombinierten 24A bis 24D dargestellt werden, erzeugt werden. Zum Beispiel die gemessenen T- und R-Signale und zusätzliche Signale höherer Ordnung, welche aus den gemessenen Signalen erzeugt werden, so daß Bildkarten erzeugt werden. Daher können zusätzlich zu den Funktionen zweiter Ableitung wie oben diskutiert größere Faltungsoperatoren mit einzigartigen Koeffizienten ebenfalls so verwendet werden, daß andere Signale erzeugt werden, um zu analysieren, so daß klarer andere Charakteristiken eines interessierenden Substrats aufgedeckt werden. Im allgemeinen können sie, ausgehend von einer willkürlichen Anzahl von Observablen (d.h. Ableitungen verschiedener Ebenen, Signalbereichsbegrenzungen, aus denen ausgewählte Ableitungen entnommen werden können, Integrationen oder andere Typen von Funktionen, welche aus den gemessenen T- und R-Signalwerten erzeugt werden können) innerhalb einer willkürlichen Anzahl von Unterräumen des Beobachtungsraums mit einer willkürlichen Dimensionalität mit weniger als oder der gleichen Anzahl von Observablen (zwei- bis n-dimensionaler Raum) analysiert werden. Wie bereits oben diskutiert, erfordert die umfassende Defekterfassung, welche niedrigdimensionale Unterräume des Beobachtungsraums verwendet, im allgemeinen, daß alle Informationen von allen berichtenden Unterräumen gesammelt und zur finalen Beurteilung verbunden wird.
  • Insbesondere 24A bis 24D stellen einen allgemeinen Fall zum Anwenden von M-Operationen auf das tatsächliche T-Signal 700 und von N-Operationen auf das tatsächliche reflektierte Signal 702 aus der transmittierten und reflektierten Pixel-Bildkarte der überprüften Oberfläche dar. Jede dieser verschiedenen Operationen in der ersten Stufe von Blöcken werden durch eine Serie von Filtern identifiziert, welche als fx(T) oder gy(R) bezeichnet sind. Für das oben beschriebene Verfahren sind die Filter f1(T) 704 und g1(R) 706 alle Durchlaßfilter und die Filter f2(T) 708 und g2(R) 710 sind jeweils Filter zweiter Ableitung, so daß die Signale T'' bzw. R'' aus den Eingangs-T- und R-Signalen gebildet werden. Die anderen Filter, welche in dem ersten Stufe von Operationen sein können, sind hier als fM(T) 712 und gN(R) 714 dargestellt, welche eine weitere Funktion auf Eingangs T- und R-Signale anwenden können, so daß andere Signale gebildet werden, welche hilfreich sind, um ein weiteres interessierendes Merkmal auf dem Substrat 14 zu identifizieren.
  • Die zweite Stufe von Operationen in den 24A bis 24C ist die Kombination der verschiedenen Signale aus den Filtern der ersten Stufe im zweidimensionalen Raum jeder möglichen Kombination oder zumindest der interessierenden Signale der Filter der ersten Stufe. Zum Beispiel wird, wenn f1(T) 704 und g1(R) 706 alle Durchlaßfilter sind und die Filter f2(T) 708 und g2(R) 710 jeweils zweite Ableitungsfilter sind, in Block 716 die T-R-Rauminformation gesammelt, in Block 718 wird die T-T''-Rauminformation gesammelt, in Block 720 wird die R-R''-Rauminformation gesammelt, in Block 722 wird die T-R''-Rauminformation gesammelt, in Block 724 wird die R-T''-Rauminformation gesammelt und in Block 726 wird die T''-R''-Information gesammelt. Die anderen Blöcke in dieser Ebene stellen die Sammlung der anderen Kombinationen von Signalen dar, so daß die Werte dieser Signale in dem entsprechenden zweidimensionalen Raum präsentiert werden. Dann werden die Ergebnisse jedes Blocks in der zweiten Stufe an die dritte Stufe bereitgestellt, welche eine logische Defektzusammenfügefunktion 728 aufweist. Die logische Defektzusammenfügefunktion 728 könnte als ein Mikroprozessor realisiert sein, welcher so programmiert ist, daß er Werte der Signalpaare in jedem der Blöcke der zweiten Stufe identifiziert, die einen bestimmten Defekt repräsentieren und daß er dann einen umfassenden Defektbericht aller Defekte, welche von jedem der Signalpaare der verschiedenen Blöcke in der zweiten Stufe entdeckt wurden, erstellt.
  • Berechnung der zweiten Ableitung
  • Hier wird die Berechnung der zweiten Ableitung der T- und R-Signale diskutiert. Obwohl diese Transformation nicht eine Punktoperationsfunktion ist, ist eine lokale Umgebung von Pixeln, welche dem in Frage stehenden Pixel benachbart sind, die einzige Anforderung an die Bildintegrität zur Berechnung und Analyse der zweiten Ableitung. Es ist anzumerken, daß alle Merkmale der vorliegenden Erfindung die Reduzierung von Referenzdaten auf eine koordinatenfrei statistische Darstellung aufweisen. Die Referenzkarte enthält keine Information über das erwartete Substratverhalten an irgendeinem bestimmten Ort, sondern repräsentiert vielmehr das statistische Verhalten an irgendeinem Punkt auf dem Substrat, wobei das gesamte Substrat oder der interessierende Bereich des Substrats überprüft wird.
  • Es ist weiterhin anzumerken, daß die vorliegende Erfindung keinen direkten Vergleich zwischen Testbildern und Referenzbildern erfordert, weder von benachbarten identischen lithographischen Strukturen noch von einer CAD-Datenbank und daher wird immer noch kein Ausrichtungssystem benötigt.
  • Bevor das zweite Ableitungsverfahren im Detail diskutiert wird, wird die Aufmerksamkeit auf 23a gelenkt, in der ein gepixeltes Transmissionswertbild des interessierenden Bereichs eines Substrats 14 dargestellt ist. Zu Zwecken der Diskussion ist das Bild als eine Matrix von individuellen Pixeltransmissionswerten, tx,y für ein Bild dargestellt, welches nxm Pixel groß ist. Es ist auch zu bemerken, daß ein gepixeltes Reflexionswertbild ähnlich wäre und für den gleichen interessierenden Bereich des Substrats 14 die gleiche Größe hätte. Solch ein Reflexionswertbild kann durch Ersetzen der Variablen „t" in 23a durch ein „r" visualisiert werden.
  • Der Zweck der Berechnung der zweiten Ableitung ist es, Information über die Nähe zu einer Kante eines Merkmals oder eines Defekts bereitrustellen. Die Berechnung der zweiten Ableitung ist eine lineare Faltungsoperation auf das gegebene Bild. An jedem Pixel in dem Bild (zum Beispiel tx,y in 23a) wird eine lokale rechtwinklige Umgebung von Pixeln mit dem derzeitigen Pixel in der Mitte (zum Beispiel für eine 3 × 3 Operation
    Figure 00320001
    in 23a) in eine lineare Operation durch eine rechtwinklige Matrix L der gleichen Größe (3 × 3 in diesem Beispiel) eingegeben, so daß ein einziger Ausgangswert für den Wert der zweiten Ableitung des mittleren Pixel (tx,y → t''x,y) an diesem Punkt erzeugt wird.
  • Diese Faltung kann wie folgt dargestellt werden:
  • Figure 00330001
  • Daher kann der Wert jedes Elements des zweiten Ableitungsbildes wie in 23b definiert, mathematisch ausgedrückt werden als:
  • Figure 00330002
  • Jedoch gibt es in dieser Operation eine Erosion an den Kanten des Transmissionspixelbildes in der Weise, daß die resultierende T''-Bildmatrix, wie in 23b dargestellt, keine Werte in den äußersten Reihen und Spalten um die Kante dieses Bildes herum hat.
  • Die Auswahl von L zum Ausführen der zweiten Ableitungsfunktion kann viele Formen annehmen. Die Werte für L, die hier dargestellt sind, ist eine Lambertsche Technik, welche aus dem Stand der Technik bekannt ist und eine, welche symmetrisch in zwei Dimensionen ist, da die Transformation hier in zwei Dimensionen durchgeführt wird. In diesem Beispiel wurde L so gewählt, daß man eine spektrale Antwort in der anderen Domäne hat, welche so kreissymmetrisch wie möglich ist.
  • Daher werden durch diese Operation die T → T'' und R → R'' Transformationen ausgeführt. Für Zwecke der Darstellung wird hier die zweite Ableitung der gepixelten T- oder R-Bilder dadurch berechnet, daß sie durch einen Hochpaßfilter L oder eine Faltungsmatrix:
    Figure 00330003
    approximiert wird, wobei typische Werte sind: c = 0,1817536, d = 0,01539003 und v = h = –0,0648287.
  • Eine zu der Faltungsoperation auf digitalisierte Pixeldaten alternative Realisierung ist es, das Bild optisch zu verarbeiten, wobei die bekannten Fourier-Filtertechniken mit kohärentem Licht verwendet werden, so daß die Hochpaßfilterung vor dem Abtastprozeß ausgeführt wird.
  • Verfahren zur Referenzkartenerzeugung
  • Wie oben erwähnt, werden die T-R-, T-T''- und R-R''-Erfassungsräume so verwendet, daß das Verhalten eines Substrats, welches überprüft wird, durch Begrenzen der nicht-defekten Bereiche in jedem Erfassungsraum charakterisiert wird. In der Tat beruht der Erfolg des Verfahrens der vorliegenden Erfindung darauf, daß es in der Lage ist, die Begrenzungen der defektfreien Bereiche in den T-R-, T-T''- und R-R''-Räumen zu definieren. Die Definitionen dieser Bereiche für jede Referenzkarte sind für eine befriedigende Defekterfassung notwendig; zusätzlich kann jede Referenzkar te Defektklassifikationszonen aufweisen, welche wie gewünscht gemäß der Reaktion der Defekte auf den Überprüfungsprozeß einstellbar sind.
  • Experimente haben gezeigt, daß Substratcharakteristiken ausreichend variieren, so daß die defektfrei-Begrenzungen für jedes Substrat bestimmt werden müssen, um die Überprüfungssensitivität für das Substrat zu optimieren. Im Gegensatz dazu sind die Defektklassifikationsbereiche generischer für das Überprüfungsverfahren als für das Substrat und Fehler in der Klassifikation haben einen geringeren Kostenwert als Fehler bei der Erfassung. Daher werden die Klassifikationszonen in der Praxis weniger häufig angepaßt, und sie können durch heuristische und statistische Analyse von Defektcharakteristiken über eine lange Zeit angepaßt werden.
  • Der Zweck dieses Abschnitts ist es, zu erklären, wie nominale nicht-defekt Substratinformation erhalten und in den Erfassungsraum codiert wird (d.h. eine experimentelle Bestimmung von Formen und Toleranzbereichen der defektfreien Zonen in den T-R-, T-T''- und R-R''-Räumen). Analytische Verfahren zum Bestimmen des defektfreien Bereichs in der T-R-Referenzkarte werden unten beschrieben, wobei diese Verfahren zu der Bestimmung der defekffrei-Begrenzungen für die T-T''- und R-R''-Referenzkarten überleitet.
  • Im allgemeinen kann die Erzeugung von Referenzkarten als ein Trainingsprozeß betrachtet werden, bei dem das nominale Verhalten des Substrattyps durch eine repräsentative Rasterung eines defektfreien Bereichs einer ausgewählten Anzahl von Substraten des gleichen Typs beobachtet wird, um Produktionstoleranzen zu berücksichtigen. Es ist darauf hinzuweisen, daß Referenzkurven entwickelt werden können, wobei ein einziges Substrat verwendet wird, jedoch liefert die Verwendung verschiedener Substrate ein besseres statistisches Mittel und die Möglichkeit, das Auftreten eines Defekts auf einem der Testsubstrate zu überwinden. Daher wird jedes Substrat, welches zum Einrichten des Systems verwendet wird, in dem gleichen Bereich gerastert und die T-, R-, T''- und R''-Signale werden an den Sammelpunkten gemessen und diese Signale werden dann im Erfassungsraum als ein Nachweis der Probenpopulation aufgetragen.
  • Es wir dann eine Filterung (unten beschrieben) auf diesen Datenbestand angewandt, um das wahre statistische Verhalten von defektfreien Pixeln für den bestimmten Substrattyp, welcher verwendet wurde, um die defektfreien Bereiche in jeder der Referenzkarten zu entwickeln, zu approximieren. Daher erzeugt dieser Prozeß eine Referenzkarte, wobei jeder Punkt, der als defekt oder nicht-defekt zugeordnet wird, durch einen binären Wert bezeichnet wird. Die so entwickelte Referenzkarte kann dann auf andere Werte erweitert und darüber hinaus zu Defektklassifikationszwecken codiert werden.
  • Insbesondere wird ein Bereich auf dem Substrat mit repräsentativen photolithographischen Strukturen gewählt, so daß er als eine typische Referenzprobe für das Substrat, welches überprüft wird, dient. Dieser Beispielbereich kann von einem Betreiber des Überprüfungssystems oder automatisch unter Steuerung des Systemcomputers gewählt werden. Mit beiden Verfahren zur Auswahl des Referenzprobenbereichs zur Referenzortcharakterisierung ist es notwendig sicherzustellen, daß die Referenzprobe frei von Defekten ist. Nachdem die Referenzproben gewählt sind, werden Bilder der Referenzproben in dem ausgewählten Bereich mit transmittiertem und reflektiertem Licht erfaßt.
  • An diesem Punkt kann eine Anzahl von Verfahren angewandt werden, um den defektfreien Bereich in jeder der Referenzkarten zu erhalten. Drei dieser Verfahren, welche durch automatische Berechnung durchgeführt werden können, sind unten beschrieben.
  • Zum Beispiel kann ein binärer Streuausdruck aller Pixel, die von der Probe (den Proben) genommen wurden, in der T-R-Ebene erzeugt werden, wobei jedem Punkt in dem T-R-Raum, welcher durch mindestens einen Probepixel besetzt ist, ein Wert von 1 zugeordnet ist. Allen verbleibenden, nicht besetzten Punkten in der T-R-Ebene werden Nullwerte zugeordnet. Typischerweise sind die meisten der besetzten Punkte innerhalb eines Clusters in der Einhüllenden 421 (20) konzentriert, aber es gibt aufgrund von Anomalien in der Probe auch einige nicht besetzte Punkte innerhalb dieser Einhüllenden und möglicherweise einige besetzte Punkte außerhalb dieser Einhüllenden.
  • Als nächstes wird dieser binäre Streuausdruck angewandt, so daß ein zusammenhängender Bereich innerhalb der Einhüllenden 421 erzeugt wird, in dem alle Punkte einen Wert Eins haben, umgeben nur von Nullen in dem verbleibenden Bereich der T-R-Ebene. Um dies zu erreichen, werden binäre morphologische Standardoperationen ausgeführt, wie auf Seiten 384 – 389 eines Buches mit dem Titel „Fundamentals of Digital Image Operation", geschrieben von Anil K. Jain, beschrieben (Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1989).
  • Typischerweise könnte zuerst eine Ausdehnungsoperation angewandt werden, wobei ein symmetrischer Kernel verwendet wird, welcher mindestens groß genug ist, um alle die Lücken zu entfernen, welche innerhalb des Körpers des Probenclusters zwischen den Pixeln in Originalgröße vorlagen. Das Ergebnis ist eine binäre Verteilung, welche gefüllt und erweitert wurde.
  • Genauso kann eine Erosionsoperation, welche einen symmetrischen Kernel verwendet, verwendet werden, so daß eine Referenzeinhüllende der benötigten Größe erzeugt wird. Daher wird die Überprüfungssensitivität durch Anpassen der Größe der letztlichen Referenzeinhüllenden und daher der Natur und Größe der letztlichen Operation gesteuert. Eine Ausdehnung der Einhüllenden verringert die Sensitivität, während eine Erosion den gegenteiligen Effekt hat. Im allgemeinen sollte die letztliche Einhüllende größer sein als der Probencluster, da der endliche Probencluster nur teilweise die statistische Verteilung defektfreier Punkte darstellt.
  • Für eine genauere Darstellung der Probendaten kann ein Histogramm mit mehreren Werten der Referenzprobe im T-R-Raum anstelle eines binären Streuausdrucks zur bevorzugen sein. Wenn dieser Ansatz verwendet wird, wird ein tatsächlicher Zähler für jede Koordinate innerhalb des T-R-Raums unterhalten, wenn die Probensubstrate gerastert werden, so daß der defektfreie Bereich im T-R-Raum entwickelt wird. Dieses Histogramm kann dann durch Anwenden eines integrierenden Filters geglättet und durch Schwellwertfilterung in eine binärwertige Karte umgewandelt werden.
  • Der Vorteil des Histogrammansatzes ist, daß T-R-Punkte mit der Frequenz ihres Auftretens gewichtet werden, so daß kaum auftretende T-R-Punkte nicht so stark gewichtet werden wie häufige Werte während der Integration. Auch eliminiert das Anpassen endgültigen Schwellenwertsteuerungen unregelmäßig auftretende anormale Werte aus der endgültigen T-R-Referenzkarte. Darüber hinaus erlaubt die Breite des integrierenden Filters auch eine gewisse Sensitivitätssteuerung.
  • Eine weitere Technik zum Manipulieren des Probenhistogramms, so daß der defektfreie Ort definiert wird, erfolgt durch mehrwertige Morphologie, wie in einem Aufsatz von Haralick et al. beschrieben: „Image Analysis Using Mathematical Morphology", IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Band PAMI-9, Nr. 4, Juli 1987. Dieser Verarbeitungsansatz ist eine mehrwertige Erweiterung der bereits zitierten binären Morphologie, wobei Ausdehnungs- und Erosionsoperationen auf Funktionen mit einen mehrwertigem Bereich definiert werden. Dieser Ansatz stellt gewissermaßen einen Hybriden der zuvor genannten beiden Ansätze dar, in dem Sinn, daß mehrwertige Ausdehnungen und Erosionen angewandt werden anstatt eines integrierenden Filters, so daß ein geglättetes Histogramm erhalten wird und eine letzte Schwellenwertoperation würde die Abbildung auf einen binären Wert reduzieren.
  • Andere Ausführungsformen
  • Wie oben diskutiert, kann ein Laserrastersystem verwendet werden, so daß gleichzeitig transmittierte und reflektierte Lichtsignalpaare erzeugt werden, das Verfahren der Überprüfung und Defektklassifikation der vorliegenden Erfindung kann mit jedem Bildrasterprozeß verwendet werden, welcher in der Lage ist, synchronisierte transmittierte und reflektierte Lichtsignalpaare zu erzeugen.
  • Darüber hinaus kann dieses Verfahren zur Detektion und Klassifikation mit jedem Bildrasterprozeß verwendet werden, welcher in der Lage ist, mehrere synchronisierte Lichtsignale zu erzeugen, welche von irgendeiner Anzahl von Lichtdetektoren erzeugt werden, die in irgendeiner Richtung um das Substrat herum angeordnet sind, welches von irgendeiner Lichtquelle beleuchtet werden kann, die unter irgendeinem Winkel auf das Substrat gerichtet ist. Wie bei der Diskussion des Erfassungsraums erklärt wurde, muß die Anzahl und die Natur der Observablen nicht auf T, R, T'' und R'' beschränkt sein, solange es eine ausreichende Korrelation innerhalb der Observablen gibt, so daß eine Referenzkarte erzeugt werden kann, um die Erfassung und Klassifikation zufriedenstellend durchzuführen.
  • Ein alternatives Verfahren zur Erfassung und Klassifikation von Defekten erfolgt mit neuronalen Netzwerkverfahren. Zum Beispiel können die Erfassungsräume und Referenzkarten, die durch die oben diskutierten Prozesse entwickelt wurden als eine Eingangs-/Ausgangsabbildung mit einem dreischichtigen rückwärts propagierenden Netzwerk (three-layer back propagation network, BPN) wie auf Seiten 89 – 126 in einem Buch „Neural Networks – Algorithms. Applications. and Programming Techniques" von J. A. Freeman und D.M. Skapura, Addison-Wesley, Reading, MA, 1991 beschrieben, realisiert werden.
  • Für den neuronalen Netzwerkansatz sind die Anforderungen an das Rastersystem die gleichen wie oben diskutiert mit der folgenden Änderung. Ein typisches BPN, welches in 25 dargestellt ist, weist drei Neuronenschichten, eine Eingangsschicht, eine versteckte Verarbeitungsschicht und eine Ausgangsschicht auf. Jedes Neuron in der Eingangsschicht empfängt eine Observable (zum Beispiel ein einziges Pixel der lokalen rechtwinkligen Umgebung des oben gemäß den 23a und 23b diskutierten Pixels sowohl von den T- als auch R-Signalen) als ein Eingangssignal und leitet es an die zweite oder versteckte Schicht weiter, jedes Neuron in der versteckten Schicht empfängt alle Ausgänge von allen Neuronen in der ersten Schicht und erzeugt ein unabhängiges Ausgangssignal und jedes Neuron in der dritten Schicht empfängt alle Ausgänge von allen Neuronen in der versteckten Schicht und erzeugt ein unabhängiges Ausgangssignal. Daher erzeugt jedes Neuron ein Ausgangssignal, welches auf einer gewichteten linearen Aktivierungsfunktion der kombinierten Eingänge von allen Knoten in der vorhergehenden Schicht basiert. Jede dieser gewichteten linearen Aktivierungsfunktionen, wurde während der Lernphase durch Variationen der individuellen Vorspannung jedes Knotens der versteckten und Ausgangsschichten erzeugt. Die Vorspannungsfunktionen können entweder berechnet und dann auf die entsprechende Vorspannungseinheit angewandt werden oder das Lernen kann in einer dynamischen Umgebung, in einigen Anwendungen, in denen nicht alle möglichen Ergebnisse zu Beginn bekannt sind, sogar in einer fortschreitenden Prozedur, durchgeführt werden. Eine zusätzliche Diskussion der Lernphase wird unten präsentiert, um diesen Prozeß weiter zu beschreiben.
  • Es ist darauf hinzuweisen, daß im Betrieb, obwohl jeder Knoten in den versteckten Ausgangsschichten das Ausgangssignal von jedem Knoten der vorhergehenden Schicht empfängt, nicht alle diese Signale notwendigerweise bei der Durchführung der bestimmten Funktion dieses bestimmten Knotens verwendet werden. Die Verbindung aller Knoten in der vorherigen Schicht mit jedem Knoten in der nächsten Schicht ist das Ergebnis der Standardisierung, welche bei der Herstellung des BPN verwendet wird, da der Effekt verschiedener Signale effektiv an solchen Knoten ignoriert werden kann, an denen das Signal nicht von Interesse ist. D.h., die Vorspannung jedes versteckten Knotens kann so angepaßt werden, daß ein Ausgangssignal von diesem Knoten erzeugt wird, welches eine Approximation des Wertes, zum Beispiel in dem T-T''-Raum der vorliegenden Erfindung, ist, während die R- und R''-Signale der Knoten der Eingangsschicht ignoriert werden.
  • Daher kann ein solches BPN vier Eingangsneuronen für die vier Observablen T, R, T'' und R'', eine versteckte Schicht, welche viele verschiedene Aktivierungspotentiale mißt, die verschiedenen Korrelationen in den Daten entsprechen, und eine Ausgangsschicht, welche einen Satz von Mitgliedswerten erzeugt, wobei jedem Ausgangsneuronenknoten ein Mitgliedswert für eine bestimmte Defektklasse zugeordnet ist, aufweisen. Die letzte Bewertung kann durch die Klasse mit dem maximalen Mitgliedswert bestimmt werden. Diese Realisierung ist tatsächlich ein alternatives Verfahren zum Bestimmen der gleichen Eingangs-Ausgangsbeziehung, welche als die Referenzkarte bezeichnet wird, die ein generischer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist. In der Tat entspricht die Eingangsschicht den Koordinaten des Erfassungsraums, die Ausgangssignale entsprechen der Defektklassenzuordnung für ein gegebenes Eingangssignal und die versteckte Schicht entspricht einer optimalen analytischen oder logischen Prozedur zum Zuordnen einer Klasse zu jedem Eingang, wie in der Referenzkarte ausgeführt.
  • Das Rückwärtspagationsmerkmal eines solchen Netzwerks wird so verwendet, daß die Wichtungen in den versteckten und Ausgangsschichten so trainiert werden, daß die gewünschte Abbildung erreicht und Fehler minimiert werden. Die zuvor beschriebene Trainingsprozedur kann leicht an diese Realisierung durch Eingeben der Probendaten durch die Rückwärtspropagationsprozedur und durch Anpassen der Wichtungen, so daß gewünschte Ausgänge zu den Eingängen pas sen, angepaßt werden. Darüber hinaus erlaubt es eine Rückwärtspropagation dem BPN, das Training während der Verwendung fortzusetzen, wann immer eine sekundäre Defektbestätigungsprozedur benötigt wird.
  • Eine weitere Variante zu diesem Ansatz ist anwendbar, wenn das Netzwerk auch die Filterung der T- und R-Signale ausführt, so daß die Eingangsschicht 18 Eingangsneuronen aufweist, wobei die 9 transmittierten Werte und die 9 reflektierten Werte, die innerhalb einer 3 mal 3 Umgebung von Pixeln enthalten sind, akzeptiert werden.
  • Während die vorliegende Erfindung in verschiedenen Betriebsarten und mit beispielhaften Routinen und Vorrichtungen beschrieben wurde, wird vorausgesetzt, daß Fachleute nach dem Lesen der vorangegangenen Beschreibungen und dem Studieren der Zeichnungen verschiedene alternative Ansätze zur Realisierung der vorliegenden Erfindung erkennen werden. Es ist daher beabsichtigt, daß die folgenden angehängten Ansprüche so interpretiert werden, daß sie alle solchen Änderungen und Modifikationen umfassen, die in den Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung gemäß den angehängten Ansprüchen fallen.

Claims (39)

  1. Überprüfungssystem (10), um ein Substrat (14) zu überprüfen und um zwischen Oberflächenmerkmalen und Defekten zu unterscheiden, wobei das Substrat eine strukturierte und eine unstrukturierte Oberfläche mit einer Struktur aus undurchlässigem Material auf der strukturierten Oberfläche hat, wobei das Überprüfungssystem aufweist: ein Beleuchtungssystem (11), um eine Beleuchtung der strukturierten Oberfläche des Substrates und der Struktur hierauf zur Verfügung zu stellen, einen Transmissionsdetektor (34), der derart angeordnet ist, daß er die Beleuchtung, die durch das Substrat transmittiert wird, erfaßt, und ein Signal (15) zur Verfügung stellt, das für die Intensität der erfaßten Beleuchtung, die durch das Substrat transmittiert wird, repräsentativ ist, einen Reflexionsdetektor (36), um die Beleuchtung zu erfassen, die von dem Substrat und der Struktur hierauf reflektiert wird, und um ein Signal (17) zur Verfügung zu stellen, das repräsentativ für die Intensität der erfaßten Beleuchtung, die von dem Substrat und der Struktur hierauf reflektiert wurde, ist, einen Vergleicher (20), um die besagten Signale von dem Transmissionsdetektor und dem Reflexionsdetektor, die durch die Beleuchtung des Substrates und der Struktur hierauf entstehen, miteinander zu vergleichen, um einen Vergleich zwischen der Intensität der reflektierten Beleuchtung und der Intensität der transmittierten Beleuchtung zur Verfügung zu stellen, einen ersten Speicher (24), der im Gebrauch einen Satz von mehreren unterschiedlichen erwarteten Werten speichert, wobei jeder erwartete Wert einem Vergleich der Intensitäten entspricht, wo keine Defekte vorhanden sind, und einen Prozessor (24), der mit dem Vergleicher und dem ersten Speicher verbunden ist, wobei der Prozessor im Gebrauch den Vergleich von dem Vergleicher mit dem abgelegten Satz von Werten vergleicht, um zu bestimmen, ob der Vergleich ein erwarteter Wert ist, und um einen Bericht zu erzeugen, wenn ein nicht erwarteter Wert bestimmt wird.
  2. Überprüfungssystem nach Anspruch 1, in dem: das Überprüfungssystem weiterhin eine Translationsplattform beinhaltet, um eine translatorische Bewegung zwischen der oberen Fläche des Substrates und des Beleuchtungsstrahls zur Verfügung zu stellen, wobei der Vergleicher weiterhin die Signale von dem Transmissionsdetektor und dem Reflexionsdetektor miteinander vergleicht, um einen Vergleichswert für jeden Punkt auf der oberen Fläche des Substrates zur Verfügung zu stellen, und der Prozessor weiterhin bestimmt, ob ein oder mehrere der Vergleichswerte einen erwarteten Wert hat und einen Bericht erzeugt, wenn zumindest ein nicht erwarteter Wert bestimmt wird.
  3. Überprüfungssystem nach Anspruch 1, wobei: das Überprüfungssystem weiterhin einen zweiten Speicher aufweist, um das Signal von dem Übertragungs- oder dem Reflexionsdetektor abzulegen, bis ein entsprechendes Signal von dem anderen Detektor von demselben Punkt der Oberfläche des Substrates festgestellt wird, und der Vergleicher das Übertragungs- und das Reflexionssignal empfängt für den Vergleich einer Kombination aus dem zweiten Speicher und dem Übertragungs- und Reflexionsdetektor.
  4. Überprüfungssystem nach Anspruch 2, wobei: das Überprüfungssystem weiterhin einen zweiten Speicher aufweist, um das Signal von dem Übertragungs- oder dem Reflexionsdetektor und eine Bestimmung des entsprechenden beleuchteten Punktes auf der oberen Fläche des Substrates für jedes abgelegte Signal zu speichern, bis ein entsprechendes Signal des anderen Detektors, des Übertragungs- oder Reflexionsdetektors, das demselben beleuchteten Punkt auf der oberen Fläche des Substrates für jedes abgespeicherte Signal entspricht, festgestellt wird, und wobei der Vergleicher die Übertragungs- und Reflexionssignale für den Vergleich einer Kombination des zweiten Speichers und der Übertragungs- und Reflexionsdetektoren empfängt.
  5. Überprüfungssystem nach Anspruch 4, in dem: das Überprüfungssystem weiterhin einen dritten Speicher aufweist, um eine Mehrzahl von Signalpaaren von jedem Detektor, d.h. dem Übertragungs- und Reflexionsdetektor, abzulegen, die aus der Beleuchtung desselben Punktes auf der oberen Fläche derselben Mehrzahl von Substraten derselben Konstruktion stammen, um einen Bereich von erwarteten Werten für jedes der Signale von jedem Detektor, d.h. dem Übertragungs- und Reflexionsdetektor, zu erzeugen, und wobei der Prozessor mit dem dritten Speicher verbunden ist, um ebenso einen Bereich von erwarteten Werten für das zu Oberprüfende Substrat zu erzeugen.
  6. Überprüfungssystem nach Anspruch 5, wobei: das Überprüfungssystem weiterhin aufweist: einen vierten Speicher, um Werte von dem Übertragungs- oder Reflexionsdetektor und dem entsprechenden Ort des entsprechenden beleuchteten Punktes auf der oberen Fläche des Substrates für jeden entsprechenden beleuchteten Punkt auf der oberen Oberfläche des Substrates systematisch zu speichern, und einen Funktionsgenerator, der derart angeordnet ist, daß er die abgelegten Werte von dem vierten Speicher empfängt, um eine spezifische Funktion von den Signalwerten, die in dem vierten Speicher abgelegt sind, zu erzeugen, und der Vergleicher weiterhin Signale von zwei oder mehreren der Übertragungs- und Reflexionsdetektoren und dem Funktionsgenerator vergleicht.
  7. Überprüfungssystem nach Anspruch 6, wobei der Funktionsgenerator eine erste ausgewählte spezifische Funktion der Übertragungssignale und eine zweite ausgewählte spezifische Funktion der Reflexionssignale aus den entsprechenden Werten von jedem der Signale, die in dem vierten Speicher abgelegt sind, erzeugt.
  8. Überprüfungssystem nach Anspruch 6, wobei die ausgewählte spezifische Funktion eine zweite Ableitung ist.
  9. Überprüfungssystem nach Anspruch 8, wobei zumindest eine, die erste oder die zweite spezifische Funktion eine zweite Ableitung ist.
  10. Überprüfungssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei: der erste Speicher weiterhin mögliche unerwünschte Teilchen und Merkmalstypen und einen Bereich von Vergleichswerten für jeden unerwünschten Teilchen- und Merkmalstyp beinhaltet, welche in diesem gespeichert sind, und der Prozessor weiterhin, wenn ein nicht erwarteter Vergleichswert erhalten wird, unerwünschte Teilchen- und Merkmalstypinformation entsprechend der unerwarteten Vergleichswerte von dem ersten Speicher erhält und die unerwünschte Teilchen- und Merkmalstypinformation in den Bericht einfügt.
  11. Überprüfungssystem nach Anspruch 10, wobei: die Translationsplattform weiterhin ein Positionssignal erzeugt, das dem Ort des Beleuchtungspunktes auf der oberen Fläche des Substrates entspricht, der Vergleicher weiterhin mit der Translationsplattform gekoppelt ist, um die Positionssignale zu empfangen, die zusammen mit den Vergleichswerten zur Verfügung gestellt werden, und der Prozessor, wenn ein nicht erwarteter Vergleichswert erhalten wird, weiterhin die Positionssignale decodiert und eine Information über die obere Fläche des Substrates für jedes unerwünschte Partikel und Merkmal in dem Bericht zur Verfügung stellt.
  12. Überprüfungssystem nach Anspruch 10, in dem: die Translationsplattform weiterhin ein Positionssignal erzeugt, das einem Ort eines Punktes auf der strukturierten Oberfläche des Substrates, das durch die Beleuchtung beleuchtet wird, entspricht, und der Prozessor weiterhin mit der Translationsplattform verbunden ist, um die Positionssignale zu empfangen, und der Prozessor weiterhin, wenn ein unerwarteter Vergleichswert erhalten wird, die Positionssignale decodiert und eine Ortsinformation der strukturierten Oberfläche des Substrates für jedes unerwünschte Teilchen und Merkmal in dem Bericht zur Verfügung stellt.
  13. Verfahren für das Überprüfen eines Substrates (14) auf unerwünschte Teilchen und Merkmale, wobei das Substrat eine strukturierte und eine unstrukturierte Oberfläche mit einer Struktur aus undurchlässigem Material auf der strukturierten Oberfläche hat, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: a. Richten einer Beleuchtung auf die strukturierte Oberfläche des Substrates und auf die hierauf angeordnete Struktur, b. Erfassen der Beleuchtung, die durch das Substrat transmittiert wird, in Ausrichtung mit der Beleuchtung von Schritt a., c. Erzeugen eines Signals (15), das für die Intensität der in Schritt b. erfaßten transmittierten Beleuchtung repräsentativ ist, d. Erfassen der Beleuchtung, die von der strukturierten Fläche des Substrates und der hierauf angeordneten Struktur reflektiert wird, e. Erzeugen eines Signals (17), das für die Intensität der in Schritt d. erfaßten reflektierten Beleuchtung repräsentativ ist, f. Erzeugen eines Vergleichs der Intensitäten von Schritt c. und e. miteinander, g. Speichern eines Satzes von mehreren unterschiedlichen erwarteten Werten, wobei jeder erwartete Wert zu einem Vergleich der Intensitäten korrespondiert, bei dem keine Defekte vorhanden sind, und h. Erstellen eines Berichts, wenn der Vergleich von Schritt f. nicht einem erwarteten Wert, der in Schritt g. abgelegt wurde, entspricht.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, das weiterhin die Schritte aufweist: i. Versetzen des Substrates zu der nächsten Position und j. Wiederholen der Schritte a. bis i. für jeden Punkt von Interesse auf dem Substrat.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, in dem: das Verfahren weiterhin zwischen den Schritten e. und f. den folgenden Schritt aufweist: k. Speichern des Signals von einem der Schritte c. und e., bis das andere Signal des anderen Schrittes c. oder e. verfügbar ist, und wobei der Schritt f. den Vergleichswert aus dem Signal, das in Schritt k. abgelegt ist und das ungespeicherte der Signale von Schritt c. und e. erzeugt.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei: das Verfahren weiterhin den folgenden Schritt zwischen den Schritten e. und f. aufweist: Speichern des Signals von einem der Schritte c. oder e. für jeden auf der strukturierten Oberfläche des Substrates beleuchteten Punkt, bis das andere Signal der Schritte c. oder e. für denselben Punkt auf der strukturierten Oberfläche des Substrates verfügbar ist, und wobei der Schritt f. den Vergleichswert für jeden Punkt auf dem Substrat aus dem in Schritt k. gespeicherten Signal für diesen Punkt und dem ungespeicherten der Signale von den Schritten c. und e. für denselben Punkt auf dem Substrat erzeugt.
  17. Verfahren nach Anspruch 13, in dem das Verfahren vor Schritt a. weiterhin die Schritte aufweist: a1. Auswählen eines Substrates des zu überprüfenden Typs, a2. Leiten bzw. Ausrichten der Beleuchtung im wesentlichen senkrecht zu der strukturierten Oberfläche des Substrates und der hierauf angeordneten Struktur, a3. Erfassen der durch das Substrat transmittierten Beleuchtung in Ausrichtung mit der Beleuchtung der Schritte a2., a4. Erzeugen eines Signals, das für die Intensität der in Schritt a3. erfaßten transmittierten Beleuchtung repräsentativ ist, a5. Erfassen der von der strukturierten Oberfläche des Substrates und der hierauf angeordneten Struktur reflektierten Beleuchtung entlang des Pfades von Schritt a2., a6. Erzeugen eines Signals, das für die Intensität der in Schritt a5. erfaßten reflektierten Beleuchtung repräsentativ ist, a7. Erzeugen eines erwarteten Vergleichswertes der Intensitäten untereinander aus den Schritten a4. und a6., a8. Ablegen des erwarteten Vergleichswertes, a9. Wiederholen der Schritte a1. bis a8. für eine ausgewählte Anzahl von unterschiedlichen Substraten des zu überprüfenden Typs und dann: a10. Auswählen eines zu überprüfenden Substrates.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, das weiterhin aufweist: nach Schritt a8. die weiteren Schritte: a8a. Bewegen des Substrates zu einer nächsten Position und a8b. Wiederholen der Schritte a2. bis a8. für jeden Punkt von Interesse auf dem Substrat von Schritt a1., und nach Schritt f. den weiteren Schritt aufweist: f1. Verschieben des Substrates zu einer nächsten Position, wobei der Bericht erzeugt wird, wenn irgendein Vergleichswert für einen bestimmten Punkt auf dem Substrat nicht mit einem erwarteten Wert für einen entsprechenden Punkt auf einem Substrat desselben Typs übereinstimmt.
  19. Verfahren nach Anspruch 13, das weiterhin nach Schritt e. die Schritte aufweist: e1. Speichern der erzeugten Signale der Schritte c. und e. zusammen mit einem Ort eines Punktes auf der strukturierten Oberfläche des in Schritt a. beleuchteten Substrates, e2. Verschieben des Substrates zu einer nächsten Position und e3. Wiederholen der Schritte a. bis f. für jeden Punkt von Interesse auf dem Substrat, danach: e4. Erzeugen eines Signals, das einem ersten ausgewählten Funktionswert der Signalwerte für eines der gespeicherten Übertragungs- und Reflexionssignale von Schritt f. für jeden Punkt von Interesse auf dem zu überprüfenden Substrat entspricht, e5. Speichern der Signalwerte von Schritt e4. zusammen mit dem entsprechenden Punkt auf der Oberfläche des Substrates, und wobei in Schritt f. das Erzeugen eines Vergleiches das Erzeugen eines Vergleichswertes von zwei oder mehreren der Signalwerte von Schritten e1. und e5. miteinander für jeden Punkt von Interesse auf dem zu überprüfenden Substrat aufweist, in Schritt g. das Speichern eines Satzes von mehrfachen unterschiedlichen erwarteten Werten, das Erzeugen erwarteter Vergleichswerte für jede Kombination der drei in den Schritten e1. und e5. gespeicherten Werte für jeden Punkt von Interesse auf einem Substrat des zu überprüfenden Typs aufweist, und in Schritt h. das Erzeugen das Berichts das Erzeugen eines Berichts aufweist, wenn der Vergleichswert von Schritt f. für irgendeinen Punkt von Interesse auf dem zu überprüfenden Substrat nicht mit einem erwarteten Vergleichswert, der in Schritt g. für diesen Punkt auf der Oberfläche des Substrates des zu überprüfenden Typs gespeichert ist, übereinstimmt.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei Schritt e4. weiterhin beinhaltet: e4a. Erzeugen eines Signals, das einem zweiten ausgewählten Funktionswert der Signalwerte für das andere der gespeicherten Übertragungs- und Reflexionssignale von Schritt e1. für jeden Punkt von Interesse auf dem zu überprüfenden Substrat entspricht.
  21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei die erste ausgewählte Funktion von Schritt e4. eine zweite Ableitung ist.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die zweite ausgewählte Funktion von Schritt e4a. eine zweite Ableitung ist.
  23. Verfahren nach Anspruch 13, wobei: Schritt g. weiterhin den Schritt aufweist: m. Speichern zumindest eines möglichen unerwünschten Teilchen- und Merkmalstyps und eines Bereichs von unerwarteten Vergleichswerten, die dem unerwünschten Teilchen- und Merkmalstyp entsprechen, und Schritt h. weiterhin den Schritt aufweist: n. Einschließen von unerwünschter Teilchen- und Merkmalstypinformation von Schritt m. in den erzeugten Bericht.
  24. Verfahren nach Anspruch 14, in dem: Schritt g. weiterhin den Schritt aufweist: o. Speichern zumindest eines möglichen unerwünschten Teilchen- und Merkmalstyps und eines Bereichs von unerwarteten Vergleichswerten, die dem unerwünschten Teilchen- und Merkmalstyp entsprechen, und Schritt h. weiterhin den Schritt aufweist: p. Einschließen von unerwünschter Teilchen- und Merkmalstypinformation von Schritt o. in den erzeugten Bericht.
  25. Verfahren nach Anspruch 14, wobei: Schritt i. den Schritt beinhaltet: q. Erzeugen eines Positionssignals, das einem Punkt auf dem in Schritt a. zu beleuchtenden Substrat entspricht, Schritt f. den Schritt aufweist: r. Identifizieren des Positionssignals von Schritt q., das zu jedem erzeugten Vergleichswert korrespondiert, und Schritt h. den Schritt aufweist: s. Einschließen des entsprechenden Punktes auf dem Substrat von Schritt r., wo ein unerwünschtes Teilchen und Merkmal erfaßt wurde, in den Bericht.
  26. Verfahren nach Anspruch 14, in dem: Schritt i. den Schritt aufweist: t. Erzeugen eines Positionssignals, das einem Punkt auf dem in Schritt a. zu beleuchtenden Substrat entspricht, und Schritt h. den Schritt aufweist: u. Einschließen des entsprechenden Punktes auf dem Substrat von Schritt t., wo ein unerwünschtes Teilchen und Merkmal erfaßt wurde, in den Bericht.
  27. Überprüfungssystem nach Anspruch 1, wobei der erste Speicher einen Toleranzwert für die gespeicherten erwarteten Werte beinhaltet.
  28. Verfahren nach Anspruch 13, wobei Schritt g. ebenso das Speichern einer Toleranz für die gespeicherten erwarteten Vergleichswerte beinhaltet.
  29. Verfahren nach Anspruch 17 oder Anspruch 18, wobei Schritt e. ebenso einen Toleranzwert für den Vergleichswert erzeugt.
  30. Verfahren nach Anspruch 19, wobei Schritt g. ebenso einen Toleranzwert für die Vergleichswerte erzeugt.
  31. Überprüfungssystem nach Anspruch 1, wobei jeder Detektor, der Transmissionsdetektor und der Reflexionsdetektor, Bildscanner sind.
  32. Überprüfungssystem nach Anspruch 1, wobei jeder Detektor, der Transmissionsdetektor und der Reflexionsdetektor, neuronale Netzwerke sind.
  33. Überprüfungssystem nach Anspruch 1, das weiterhin aufweist: eine Datenbank, die die Werte eines Paares von erwarteten Werten von dem Übertragungs- und Reflexionsdetektor für einen für den bestimmten Typ von zu überprüfendem Substrat zu überprüfendem Punkt enthält, und einen zweiten Vergleicher, der mit jedem Übertragungs- und Reflexionsdetektor der Datenbank verbunden ist, um einen Wert von jedem der Signale von dem Übertragungs- und Reflexionsdetektor mit den Werten des erwarteten Paares der Übertragungs- und Reflexionssignale von der Datenbank zu vergleichen, um die Anwesenheit eines Defektes an dem Überprüfungspunkt auf dem Substrat zu identifizieren, wobei der Prozessor weiterhin derart mit dem zweiten Vergleicher verbunden ist und derart betreibbar ist, daß er den Typ von unerwünschten Teilchen oder Defekt, wenn ein unerwarteter Wert bestimmt wird, identifiziert.
  34. Überprüfungssystem nach Anspruch 33, wobei: das Überprüfungssystem weiterhin eine Translationsplattform (12) beinhaltet, wobei das Substrat hierauf befestigt ist, um eine Translationsbewegung zwischen der strukturierten Oberfläche des Substrates und der Beleuchtung zur Verfügung zu stellen, wobei der erste Vergleicher weiterhin Signale von dem Übertragungs- und Reflexionsdetektor an jedem Punkt auf den strukturierten Flächen des Substrates miteinander vergleicht, um einen ersten Vergleichswert für jeden Punkt auf der oberen Fläche des Substrates zur Verfügung zu stellen, wobei die Datenbank ein Paar von erwarteten Werten von Signalen von dem Übertragungs- und Reflexionsdetektor zusammen mit Positionsdaten für jeden zu überprüfenden Punkt auf der oberen Fläche des Substrates speichert, wobei die gespeicherten Werte und die entsprechenden Positionsdaten für den bestimmten zu überprüfenden Substrattyp sind, wobei der zweite Vergleicher weiterhin die Signale von dem Übertragungs- und Reflexionsdetektor von jedem Punkt der oberen Fläche des Substrates mit den Werten des erwarteten Paares der Übertragungs- und Reflexionsdetektorsignale von dem zweiten Speicher für jeden Punkt auf der oberen Fläche des Substrates vergleicht, um die Anwesenheit von Defekten an allen Punkten auf der oberen Fläche des Substrates zu identifizieren, und der Prozessor weiterhin bestimmt, ob einer oder mehrere der ersten Vergleichswerte einen unerwarteten Wert hat, und einen Bericht erzeugt, wenn zumindest ein unerwarteter Wert bestimmt wird, der den Typ von jedem unerwünschten Teilchen oder Merkmal entsprechend jedem der ersten Vergleichswerte bestimmt.
  35. Verfahren nach Anspruch 13, das weiterhin nach Schritt g. aufweist: g1. Speichern eines Paares von erwarteten Werten der Signalwerte, die für die erfaßte transmittierte und reflektierte Beleuchtung für den bestimmten Substrattyp, der zu überprüfen ist, repräsentativ sind, und g2. einzelnes Vergleichen jedes der Signalwerte der Schritte c. und e. mit jedem der Signalwerte des Schrittes g1., wobei in Schritt h. ein Bericht ebenso erzeugt wird, wenn irgendeines der Signale nicht mit einem erwarteten Wert in Schritt g1. übereinstimmt.
  36. Verfahren nach Anspruch 35, das weiterhin die Schritte aufweist: Zurverfügungstellen einer Bewegung zu dem Substrat und der gerichteten Beleuchtung von Schritt a., wobei Schritt g1. weiterhin beinhaltet das Speichern eines Paares von erwarteten Werten von Signalwerten, die für die erfaßte transmittierte und reflektierte Beleuchtung repräsentativ ist, und von entsprechenden Positionsdaten für jeden auf der strukturierten Oberfläche für den bestimmten zu überprüfenden Substrattyp beleuchteten Punkt, und weiterhin Wiederholen der Schritte a. bis f. und g1. und g2. für jeden auf der strukturierten Oberfläche beleuchteten Punkt.
  37. Überprüfungssystem nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtung von dem Beleuchtungssystem als ein Beleuchtungsstrahl zur Verfügung gestellt wird.
  38. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Beleuchtungssystem einen Beleuchtungsstrahl aufweist.
  39. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die strukturierten Oberfläche des Substrates einer Beleuchtungsquelle am nächsten ist.
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