EP1397671A2 - Messanordnung - Google Patents

Messanordnung

Info

Publication number
EP1397671A2
EP1397671A2 EP02800094A EP02800094A EP1397671A2 EP 1397671 A2 EP1397671 A2 EP 1397671A2 EP 02800094 A EP02800094 A EP 02800094A EP 02800094 A EP02800094 A EP 02800094A EP 1397671 A2 EP1397671 A2 EP 1397671A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sample
measuring arrangement
arrangement according
measuring
detector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02800094A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Jürgen DOBSCHAL
Reinhard Steiner
Jörg BISCHOFF
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss Microelectronic Systems GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss Microelectronic Systems GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Microelectronic Systems GmbH filed Critical Carl Zeiss Microelectronic Systems GmbH
Publication of EP1397671A2 publication Critical patent/EP1397671A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211—Ellipsometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4788—Diffraction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N2021/4704—Angular selective
    • G01N2021/4711—Multiangle measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N2021/4704—Angular selective
    • G01N2021/4711—Multiangle measurement
    • G01N2021/4714—Continuous plural angles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N2021/4735—Solid samples, e.g. paper, glass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N2021/4792—Polarisation of scatter light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/063—Illuminating optical parts
    • G01N2201/0635—Structured illumination, e.g. with grating

Definitions

  • the present invention relates to a measuring arrangement with a radiation source, a deflection device arranged downstream thereof, which can be acted upon by a beam emanating from the radiation source and deflecting it successively in different directions, and further with a first and a second optical device and a detector, the first optical device deflects the rays coming from the deflecting device in each case as a measuring beam onto a point of a sample to be arranged in a measuring position such that the angle of incidence of the measuring beam on the sample varies depending on the direction, and of the sample due to the interaction of the measuring beams with the Sample outgoing sample beams are deflected onto the detector by means of the second optical device.
  • this object is achieved in a measuring arrangement of the type mentioned at the outset in that at least one of the two optical devices has a diffractive element for deflection, which diffracts the rays incident from different directions in such a way that the diffracted rays of a predetermined diffraction order are focused into one point.
  • a diffractive element for deflection which diffracts the rays incident from different directions in such a way that the diffracted rays of a predetermined diffraction order are focused into one point.
  • the diffractive element if it is reflective, acts as an ellipsoidal mirror for the predetermined diffraction order (which is preferably not the zero, but rather a higher diffraction order, such as the positive or negative first diffraction order) with which everyone comes from the deflection device Beams onto the sample or all rays coming from the sample can be deflected onto the detector.
  • the predetermined diffraction order which is preferably not the zero, but rather a higher diffraction order, such as the positive or negative first diffraction order
  • the diffractive element can also be transmissive. In this case it acts like a lens with two optically conjugated points.
  • the focussing effect of the diffractive element (transmissive or reflective) for the predetermined diffraction order is preferably ensured for all rays emanating from the first point that strike the diffractive element within a predetermined angular range.
  • the position of the two points can advantageously be chosen relatively freely by appropriately designing the diffractive element.
  • the point or surface element that the focused rays hit or into which the rays are focused is always referred to here.
  • the diffractive element is designed as a reflective element, as a result of which the beam path can be folded, which leads to a more compact arrangement.
  • the diffractive element of the first and the second optical device can be formed as a single element. In this case, the complex and very difficult adjustment that is required when both optical devices are realized by conventional mirrors is eliminated. The problem also arises that the two optical devices partially shade each other, completely, and the relative adjustment of the two diffractive elements to one another no longer has to be carried out.
  • the diffractive element is formed on a flat side of a carrier.
  • the diffractive element can be a phase grating.
  • Such a phase grating can easily be produced with the required accuracy in a reproducible manner, so that the desired effect of the diffractive element can be ensured.
  • the deflection device can comprise a pivotable or rotatable mirror (e.g. a galvanometer mirror) with which the desired deflection can be carried out with the required accuracy.
  • a pivotable or rotatable mirror e.g. a galvanometer mirror
  • the diffractive element can be a switchable grating which can be adjusted in accordance with the wavelength of the beam striking the deflecting element. This makes it possible to set the diffractive element to different wavelengths during the measurement, so that if the light source generates the beam with different wavelengths in succession during the measurement, spectral implementation of the angle-resolved photometric measurement is also made possible.
  • Spatial light modulators in transmission or reflection can be used as switchable gratings.
  • reflective or transmissive LCD modules or reflective tilting mirror matrices can be used.
  • a polychromatic source with a downstream, adjustable monochromator can be used as the radiation source, which can emit a beam with different wavelengths.
  • a further embodiment of the measuring arrangement according to the invention is that an aperture is provided in the beam path from the sample to the detector, which is dependent on the deflection effected by means of the deflection device is movable in such a way that sample beams of one or more predetermined diffraction orders are shadowed and thus do not strike the detector. This ensures that only sample beams of one or more desired diffraction orders are detected by the detector.
  • Fig. 1 is a schematic view of the measuring arrangement according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic plan view of part of the reflection grating
  • the measuring arrangement comprises a light source 1 (for example an argon-ion laser) which has a coherent beam 2 with a predetermined wavelength (in the case of the argon-ion laser the wavelength is 457.9 nm), and a lens 3 and a rotating mirror 5 rotatable about an axis of rotation 4.
  • the beam 2 is focused by means of the lens 3 such that the focused beam 2 strikes the intersection S of the axis of rotation 4 with the plane of the drawing ,
  • the measuring arrangement further includes a detector 6 and a reflection grating 7, which is formed on a flat side of a carrier plate 8 and has a first and a second section 9, 10, which adjoin one another at a center M in the illustration in FIG. 1.
  • the measuring arrangement is designed so that a sample point P of a sample 11 can be examined if the sample 11 is arranged in a measuring plane 12 running parallel to the reflection grating 7.
  • the investigable sample point P then lies on the normal N of the reflection grating 7, which runs through the center M.
  • the rotating mirror 5 and the detector 6 are arranged symmetrically to the normal N of the reflection grating 7, the distance between the rotating mirror 5 (or the point S of the rotating mirror 5 which the beam 2 strikes) from the center M of the reflection grating 7 is 50.0 mm. Due to the symmetrical arrangement of the detector 6 to the rotating mirror 5, the distance of the detector 6 from the center M is 50.0 mm. Finally, the distance between the sample point P and the center M is 50.0 mm.
  • the connecting line from the mirror 5 to the center M closes with the connecting line from Sample point P to the center M an angle of 50 °. The same applies to the connecting line from the sample point P to the center M and the connecting line from the detector 6 to the center M.
  • the first section 9 is designed such that the positive first diffraction order of each of the rotating mirror 5 coming and hitting the first section 9 beam is focused into point P.
  • the first section 9 of the reflection grating 7 thus acts with respect to the first order of diffraction like a mirror which reproduces the point S in the point P.
  • the first section 9 in this sense has a first focal point S and a second focal point P.
  • the angle of incidence of the beam impinging on the sample 11 depends on the angle of deflection in such a way that the angle of incidence becomes greater, the greater the angle of deflection.
  • the radiation emanating from the sample point P strikes the second section 10 of the reflection grating 7, which is designed such that the diffraction maximum of the positive first order of the rays striking it in the detector 6 or lies in a detector point D.
  • the second section 10 of the reflection grating 7 thus carries out an imaging of the sample point P into the detector point D with respect to the first diffraction order.
  • the reflection grating 7 thus acts as a mirror element with three focal points for the first-order beams diffracted thereon, the first focal point being S, the second focal point being sample point P and the third focal point being detector point D.
  • the first and second focal points on the one hand and the second and third focal points on the other hand are each optically conjugate points.
  • the line distribution (or the line curvature) of the first section 9 is asymmetrical in a first direction R1, while it is symmetrical in a second direction R2 (perpendicular to the first direction R1).
  • the first section 9 is designed and arranged symmetrically to the second section 10 (not shown in FIG. 2) with respect to a center line ML, on which the center point M lies and which extends along the second direction R2.
  • the rotating mirror 5 is acted upon by the collimated beams 2, the rotating mirror 5 being rotated over the entire swivel range 13, so that the point P is successively applied with measuring beams with different angles of incidence.
  • the intensity of the sample rays then emanating from the sample 11 (here essentially the specular reflex) as a function of the rotational position of the rotating mirror 5 and thus as a function of the angle of incidence is detected on the basis of the imaging property of the second section 10 by means of the detector 6, so that the intensity of the Sample beams (here mainly zeroth diffraction order) as a function of the angle of incidence (which is also referred to as the optical signature of the sample point or the sample) can be detected.
  • the bundle diameter of the incident measuring beams is preferably selected so that it illuminates at least some periods of the structure.
  • the period of such structures can be 150 nm, so that a bundle diameter of a few 10 ⁇ m is then sought.
  • the measured optical signature also changes, so that starting from the measured optical signature by known methods (such as neural networks) to the actual values of the desired parameters (such as line width, Line height, flank angle) can be closed.
  • a movable diaphragm or beam trap is arranged between the sample 11 and the detector 6, which is guided depending on the rotational position of the mirror 5 in such a way that the specular reflex is shadowed and therefore not hits the detector.
  • the aperture can also be designed and moved so that only the specular reflex hits the detector. In this case, the higher diffraction orders of the sample beams are masked out, so that it can be ensured that only the specular reflex is detected.
  • the distance between the sample 11 and the reflection grating 7 is preferably set such that the measurement beams (or the measurement beam bundles) on the sample 11 have the smallest possible diameter (the focusing results thus the smallest possible bundle diameter at the sample point).
  • the sample 11 is then moved in the measurement plane 12 after each measurement, which is carried out in the manner described above, so that the spatial resolution of the signature is generated by the movement of the sample.
  • the movement of the sample 11 is carried out, for example, by means of a sample table (not shown) on which the sample 11 is held, wherein the sample table can also be used to set the distance of the sample 11 from the reflection grating 7.
  • the reflection grating 7 has a very high diffraction efficiency in reflection
  • the carrier 8 either consist of a highly reflective material or else the surface of the 8 is coated with a highly reflective material.
  • the reflection grating 7 can be formed from aluminum or, for longer wavelengths, also from semiconductor materials (such as germanium or silicon).
  • the support can be made of PMMA, photoresist, glass or quartz glass, which has a structured side which is coated with a coating layer, e.g. Gold.
  • the reflection grating 7 can be produced holographically as follows.
  • a lacquer layer 21 sensitive to this wavelength is applied to a plane-parallel plate 20 which is transparent for the wavelength of 457.9 nm (FIG. 3).
  • two laser light waves (spherical waves with a wavelength of 457.9 nm) emanating from points 22 and 23 are generated, which are coated in the lacquer layer 21 with an opposing laser light wave (spherical wave with a wavelength of 457.9 nm) interfere and thereby generate the latent lattice structure of the lattice to be formed in the lacquer layer 21.
  • the Points 22, 23 and 24 correspond in their arrangement to one another and to lacquer layer 21 to points S, D and P of the measuring arrangement shown in FIG. 1.
  • the latent lattice structure thus produced in the lacquer layer 21 is e.g. converted into a surface relief in a wet chemical development process, whereby a blaze grating is formed on the basis of the exposure described.
  • the coating with a reflective layer, e.g. Gold or aluminum leads to the reflection grating 7.
  • the surface relief of the blaze grating in the lacquer layer can serve as a mask for suitable structuring processes (e.g. ion beam etching) in order to transfer the grating profile into the more stable material of the carrier plate 20.
  • suitable structuring processes e.g. ion beam etching
  • the grating edges of the holographically produced reflection grating 7 are continuous, so that advantageously hardly any diffuse scattered light occurs.
  • the structuring can also be carried out by electron beam lithography or other suitable microstructuring methods.
  • the measuring arrangement according to the invention has a polarizer 14, which can be inserted into the parallel beam path between the light source 1 and the lens 3, as indicated by the broken line of the polarizer 14 and the double arrow A in FIG. 1.
  • the deflection mirror 5 is thus exposed to polarized light (e.g. linearly polarized light).
  • the detector 6 is then designed as a four-quadrant detector, which is preceded by a polarization mosaic filter 15 (FIG. 4).
  • the polarization mosaic filter 15 has four square fields 16, 17, 18, 19, which are each assigned to one of the four quadrants of the four-quadrant detector.
  • the sections 16, 17, 18 are each provided with a fine metal grating, the grating period of which is smaller than the wavelength of the coherent beam 2, so that only the light which is polarized perpendicular to the schematically drawn grating lines is transmitted.
  • Information about the polarization state of the light reflected by the sample can thus be obtained with the corresponding quadrants of the four-quadrant detector, which are connected downstream of sections 16, 17, 18. Since the fourth section 19 is unstructured, it transmits the light regardless of its polarization state, so that the section 19 assigned quadrant of the four-quadrant detector is used for photometric measurement.
  • an angle-resolved ellipsometry can also be carried out in addition to the angle-resolved photometry.
  • a switchable, diffractive element (not shown) can also be used, which acts in the same or similar manner as the reflection grating 7 described.
  • the switchable element can be used to adapt the grating structure to different wavelengths.
  • a polychromatic light source e.g. a mercury lamp
  • variable monochromator e.g. a prism or a grating
  • the measurement can then be carried out in such a way that a predetermined wavelength is first set and for this wavelength the switchable, diffractive element is controlled in such a way that the grating for the predetermined wavelength is present, with which the desired imaging can be carried out.
  • the rotating mirror is then rotated in the manner previously described and the measurement is carried out.
  • a second wavelength is set and the diffractive element is also set to the second wavelength, with the rotating or swiveling mirror then being pivoted again.
  • a spectral and angle-dependent measurement of the intensity can thus be carried out. If the polarizer 14 and the four-quadrant detector with the polarization mosaic filter 15 described above are also used, a spectral and angle-resolved ellipsometry can also be carried out.
  • spatial light modulators such as reflective LCD modules or reflective tilting mirror matrices can be used.
  • spatial light modulators in transmission such as transmissive LCD modules.
  • the spatial resolution of the switchable, diffractive elements should preferably be less than a quarter of the working wavelength.
  • the monochrometer and the rotating mirror are preferably controlled by a control unit (not shown) in such a way that for each wavelength only the relevant angle of incidence or the relevant angle of incidence range can be set.
  • the measurement time can thus advantageously be shortened.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

Bei einer Messanordnung mit einer Strahlungsquelle (1), einer dieser nachgeordneten Ablenkeinrichtung (5), die mit einem von der Strahlungsquelle (1) ausgehenden Strahl (2) beaufschlagbar ist und diesen zeitlich nacheinander in unterschiedliche Richtungen abgelenkt, und weiter mit einer ersten und einer zweiten Optikeinrichtung (9, 10) sowie einem Detektor (6), wobei die erste Optikeinrichtung (9) die von der Ablenkeinrichtung (5) kommenden Strahlen jeweils als Messstrahl auf einen Punkt (P) einer in einer Messposition anzuordnenden Probe (11) derart umlenkt, dass der Einfallswinkel des Messstrahls auf die Probe (11) in Abhängigkeit der Richtung variiert, und wobei von der Probe (11) aufgrund der Wechselwirkung der Messstrahlen mit der Probe ausgehende Probenstrahlen mittels der Wechselwirkung der Messstrahlen mit der Probe ausgehende Probenstrahlen mittels der zweiten Optikeinrichtung (10) auf den Detektor (11) umlenkt werden, weist zumindest eine der beiden Optikeinrichtungen (9, 10) ein diffraktives Element (7) zur Umlenkung auf, das die aus unterschiedlichen Richtungen einfallenden Strahlen derart beugt, dass die gebeugten Strahlen einer vorbestimmten Beugungsordnung in einen Punkt (P, D) fokussiert werden.

Description

Meßanordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Meßanordnung mit einer Strahlungsquelle, einer dieser nachgeordneten Ablenkeinrichtung, die mit einem von der Strahlungsquelle ausgehenden Strahl beaufschlagbar ist und diesen zeitlich nacheinander in unterschiedlichen Richtungen ablenkt, und weiter mit einer ersten und mit einer zweiten Optikeinrichtung sowie einem Detektor, wobei die erste Optikeinrichtung die von der Ablenkeinrichtung kommenden Strahlen jeweils als Meßstrahl auf einen Punkt einer in einer Meßposition anzuordnenden Probe derart umlenkt, daß der Einfallswinkel des Meßstrahls auf die Probe in Abhängigkeit von der Richtung variiert, und wobei von der Probe aufgrund der Wechselwirkung der Meßstrahlen mit der Probe ausgehende Probenstrahlen mittels der zweiten Optikeinrichtung auf den Detektor umgelenkt werden.
Eine solche Meßanordnung wird insbesondere zur Messung winkelabhängiger Beugungseffekte an fein strukturierten Oberflächen eingesetzt und ist beispielsweise in DE 199 14 696 A1 beschrieben. Bei der in DE 199 14 696 A1 beschriebenen Meßanordnung sind die erste und zweite Optikeinrichtung durch Spiegel oder durch Spiegelsegmente verwirklicht. Dies führt zu einer komplizierten und aufwendigen Spiegelanordnuπg. Auch stellt die Justierung der einzelnen Spiegel einen nicht zu vernachlässigenden Aufwand dar.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Meßanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß ihr Aufbau vereinfacht ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Meßanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zumindest eine der beiden Optikeinrichtungen ein diffraktives Element zur Umlenkung aufweist, das die aus unterschiedlichen Richtung einfallenden Strahlen derart beugt, daß die gebeugten Strahlen einer vorbestimmten Beugungsordnung in einen Punkt fokussiert werden. Durch die Verwendung des diffraktiven Elements können vorteilhaft Spiegel bzw. Spiegelelemente eingespart werden, so daß der Aufbau der Meßanordnung vereinfacht ist. Andererseits wirkt das diffraktive Element, wenn es reflektiv ist, für die vorbestimmte Beugungsordnung (die bevorzugt nicht die nullte, sondern eine höhere Beugungsordnung, wie z. B. die positive oder negative erste Beugungsordnung ist) als Ellipsoidspiegel, mit dem alle von der Ablenkeinrichtung kommenden Strahlen auf die Probe bzw. alle von der Probe kommenden Strahlen auf den Detektor umgelenkt werden können.
Das diffraktive Element kann auch transmissiv sein. In diesem Fall wirkt es wie eine Linse mit zwei optisch zueinander konjugierten Punkten. Die fokussierende Wirkung des diffraktiven Elements (transmissiv oder reflektiv) für die vorbestimmte Beugungsordnung wird bevorzugt für alle vom ersten Punkt ausgehende Strahlen sichergestellt, die innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs auf das diffraktive Element treffen. Die Lage der beiden Punkte kann durch eine entsprechende Ausbildung des diffraktiven Elements in vorteilhafter Weise relativ frei gewählt werden.
Als Punkt wird hier immer die Fläche bzw. das Raumelement bezeichnet, auf die die fokussierten Strahlen treffen bzw. in das die Strahlen fokussiert werden.
Das diffraktive Element der zweiten Optikeinrichtung bewirkt auch noch, daß selbst bei konischer Beugung an der Probe alle Probenstrahlen auf den Detektor umgelenkt werden. Die konische Beugung tritt dann auf, wenn der Gittervektor der zu untersuchenden Gitterstruktur der Probe (z.B. parallele, voneinander beabstandete Linien) nicht in der Einfallsebene liegt, wobei der Gittervektor die Richtung der Periodizität des Gitters kennzeichnet. Die bei der konischen Beugung auftretenden höheren Beugungsordnungen, die nicht in der Einfallsebene liegen, können somit auch erfaßt werden.
Mit dem diffraktiven Element der ersten Optikrichtung können die von der Ablenkeinrichtung abgelenkten Strahlen, auch wenn sie nicht alle in einer Ebene liegen, auf den Probenpunkt umgelenkt werden, so daß konische Beugung auftreten kann (da der Azimutwinkel der einzelnen Meßstrahlen verschieden von Null sein kann).
Des weiteren kann der Detektor feststehend zu den Optikeinrichtungen ausgebildet sein und muß während der Messung nicht bewegt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das diffraktive Element als reflektives Element ausgebildet, wodurch eine Faltung des Strahlengangs erzielt werden kann, was zu einer kompakteren Anordnung führt. Insbesondere kann das diffraktive Element der ersten und der zweiten Optikeinrichtung als ein einziges Element ausgebildet sein. In diesem Fall entfällt die aufwendige und sehr schwierige Justierung, die erforderlich ist, wenn beide Optikeinrichtungen durch herkömmliche Spiegel realisiert werden. Auch entfällt das Problem, daß sich die beiden Optikeinrichtungen teilweise gegeneinander abschatten, vollständig, und die relative Justierung der beiden diffraktiven Elemente zueinander muß nicht mehr durchgeführt werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Meßanordnung ist das diffraktive Element auf einer planen Seite eines Trägers ausgebildet. Dadurch wird einerseits die erfindungsgemäße Meßanordnung kompakter und andererseits ist auch die Herstellung des diffraktiven Elementes besonders einfach, da es auf der planen Seite des Trägers ausgebildet wird.
Insbesondere kann der Träger eine planparallele Platte sein, was die Justierung und Ausrichtung des Trägers bei der Herstellung des diffraktiven Elements und auch bei der Verwendung in der erfindungsgemäßen Meßanordnung deutlich erleichtert.
Ferner kann das diffraktive Element ein Phasengitter sein. Ein solches Phasengitter läßt sich leicht mit der erforderlichen Genauigkeit in reproduzierbarer Art und Weise herstellen, so daß die gewünschte Wirkung des diffraktiven Elements gewährleistet werden kann.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das diffraktive Element als Blaze-Gitter ausgebildet ist, da in diesem Fall nahezu die gesamte auf das diffraktive Element einfallende Strahlung in die vorbestimmte Beugungsordnung (bevorzugt die positive oder negative erste Beugungsordnung) gebeugt wird, so daß unerwünschten Beugungsverluste (Beugung anderer Ordnung) minimiert werden können. Wenn das Blaze-Gitter mittels eines holografischen Stehwellen Verfahrens gebildet wird, sind die Flanken der Gittervertiefungen stetig und müssen nicht durch eine Treppenfunktion angenähert werden, so daß vorteilhaft so gut wie kein diffuses Streulicht auftritt, das die Abbildungseigenschaft des diffraktiven Elementes verschlechtern würde.
Insbesondere kann die Ablenkeinrichtung einen schwenkbaren bzw. drehbaren Spiegel (z.B. einen Galvanometerspiegel) umfassen, mit dem die gewünschte Ablenkung mit der erforderlichen Genauigkeit durchgeführt werden kann.
Die erfindungsgemäße Meßanordnung kann dadurch weitergebildet werden, daß das diffraktive Element der ersten Optikein richtung und das diffraktive Element der zweiten Optikeinrichtung symmetrisch zu einer Mittellinie sind und daß die Ablenkeinrichtung und der Detektor symmetrisch zu einer Linie, auf der der Probenpunkt liegt und die senkrecht zur Mittellinie ist, angeordnet sind. Durch diese symmetrische Anordnung wird eine sehr kompakte Meßanordnung verwirklicht, mit der die gewünschte Messung sicher durchgeführt werden kann.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Meßanordnung besteht darin, daß die beiden diffraktiven Elemente der Optikeinrichtungen symmetrisch zu einer Mittellinie angeordnet sind, wobei die diffraktiven Elemente unsymmetrisch in einer Richtung senkrecht zur Mittellinie und symmetrisch in Richtung der Mittellinie ausgebildet sind. Dadurch können die Optikeinrichtungen äußerst kompakt verwirklicht werden.
Des weiteren kann bei der erfindungsgemäßen Meßanordnung das diffraktive Element ein schaltbares Gitter sein, das entsprechend der Wellenlänge des auf das Ablenkelement treffenden Strahls einstellbar ist. Dadurch wird es möglich, das diffraktive Element während der Messung auf unterschiedliche Wellenlängen einzustellen, so daß, wenn die Lichtquelle während der Messung nacheinander den Strahl mit unterschiedlicher Wellenlänge erzeugt, auch eine spektrale Durchführung der winkeiaufgelösten photometrischen Messung ermöglicht wird. Als schaltbare Gitter können räumliche Lichtmodulatoren in Transmission oder in Reflexion Verwendung finden. Es können beispielsweise reflektive oder transmissive LCD- Module oder reflektive Kippspiegelmatrizen eingesetzt werden. Als Strahlungsquelle, die einen Strahl mit unterschiedlichen Wellenlängen abgeben kann, kann eine polychromatische Quelle mit nachgeordnetem, einstellbarem Monochromator eingesetzt werden.
Femer ist es möglich, daß bei der erfindungsgemäßen Meßanordnung zwischen der Strahlungsquelle und der Ablenkeinrichtung ein Polarisator eingeordnet ist, der bewirkt, daß der auf die Ablenkeinrichtung treffende Strahl einen vorbestimmten Polarisationszustand aufweist, und daß der Detektor mehrere unabhängig voneinander auslesbare Detektorpixel aufweist, denen Analysatoren mit unterschiedlichen Durchlaßrichtungen vorgeordnet sind. Durch diese Weiterbildung können Informationen über die Änderung des Polarisationszustandes aufgrund der Wechselwirkung mit der Probe gewonnen werden, so daß eine winkelaufgelöste ellipsometrische Messung durchführbar ist. Sofern der Detektor auch noch zumindest ein Detektorpixel aufweist, mit dem die Intensität des an der Probe gebeugten Strahls (unabhängig von seinem Polarisationszustand) erfaßt werden kann, wird gleichzeitig noch die beschriebene winkelaufgelöste photometrische Messung durchgeführt.
Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Meßanordnung besteht darin, daß eine Blende im Strahlengang von der Probe bis zum Detektor vorgesehen ist, die in Abhängigkeit der mittels der Ablenkeinrichtung bewirkten Ablenkung so bewegbar ist, daß Probenstrahlen einer oder mehrerer vorbestimmter Beugungsordnungen abgeschattet werden und somit nicht in den Detektor treffen. Dadurch kann man gewährleisten, daß nur Probenstrahlen einer oder mehrerer gewünschter Beugungsordnungen vom Detektor erfaßt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen im Prinzip beispielshalber noch näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Meßanordnung; Fig. 2 eine schematische Draufsicht eines Teils des Reflexionsgitters;
Fig. 3 eine schematische Ansicht zur Beschreibung der Herstellung des Reflextonsgitters, und Fig. 4 eine schematische Ansicht des Polarisationsmosaikfilters.
Wie aus der schematischen Darstellung von Fig. 1 ersichtlich ist, umfaßt die erfindungsgemäße Meßanordnung eine Lichtquelle 1 (beispielsweise einen Argon-Ionen- Laser), die einen kohärenten Strahl 2 mit einer vorbestimmten Wellenlänge (im Fall des Argon- Ionen-Lasers beträgt die Wellenlänge 457,9 nm) abgibt, sowie eine Linse 3 und einen sich um eine Drehachse 4 drehbaren Drehspiegel 5. Der Strahl 2 wird dabei mittels der Linse 3 derart fokussiert, daß der fokussierte Strahl 2 auf den Schnittpunkt S der Drehachse 4 mit der Zeichenebene trifft.
Die Meßanordnung enthält ferner einen Detektor 6 sowie ein Reflexionsgitter 7, das auf einer planen Seite einer Trägerplatte 8 ausgebildet ist und einen ersten und einen zweiten Abschnitt 9, 10 aufweist, die in der Darstellung von Fig. 1 an einem Mittelpunkt M aneinander grenzen.
Die Meßanordnung ist so ausgelegt, daß ein Probenpunkt P einer Probe 11 untersucht werden kann, wenn die Probe 11 in einer parallel zum Reflexionsgitter 7 verlaufenden Meßebene 12 angeordnet ist. Der untersuchbare Probenpunkt P liegt dann auf der Normalen N des Reflexionsgitters 7, die durch den Mittelpunkt M verläuft.
Wie auf Fig. 1 ersichtlich ist, sind der Drehspiegel 5 und der Detektor 6 symmetrisch zur Normalen N des Reflexionsgitters 7 angeordnet, wobei der Abstand des Drehspiegels 5 (bzw. des Punktes S des Drehspiegels 5, auf den der Strahl 2 trifft) vom Mittelpunkt M des Reflexionsgitters 7 50,0 mm beträgt. Aufgrund der symmetrischen Anordnung des Detektors 6 zum Drehspiegel 5 beträgt auch der Abstand des Detektors 6 vom Mittelpunkt M 50,0 mm. Schließlich beträgt auch der Abstand des Probenpunktes P zum Mittelpunkt M 50,0 mm. Die Verbindungslinie vom Spiegel 5 zum Mittelpunkt M schließt mit der Verbindungslinie vom Probenpunkt P zum Mittelpunkt M einen Winkel von 50° ein. Das gleiche gilt für die Verbindungslinie vom Probenpunkt P zum Mittelpunkt M und die Verbindungslinie vom Detektor 6 zum Mittelpunkt M.
Der Abstand der Plankonvexlinse 3 zum Drehspiegel 5 beträgt 99,34 mm, wobei die dem Drehspiegel 5 zugewandte Linsenfläche 31 plan ist und somit einen unendlich großen Krümmungsradius aufweist und die andere Linsenfläche 32 einen Krümmungsradius von 52,461 mm aufweist. Die Dicke der Linse 3 beträgt 1,0 mm, wobei die Brennweite der Linse 100 mm bei 457,9 nm beträgt. Als Linsenmaterial wird BK7 verwendet, das eine Brechzahl von 1 ,524612 (für 457,9 mm) und eine Abbesche Zahl von 63,96 (für 546 nm) aufweist.
Der kollimierte Strahl 2, der auf den Punkt S des Drehspiegels 5 trifft, wird mittels des Drehspiegels 5 in unterschiedliche Richtungen abgelenkt, wobei der Ablenkwinkel α (Winkel zwischen dem auf den Drehspiegel 5 treffenden Strahl 2 und dem vom Drehspiegel 5 reflektierten Strahl) von der Drehstellung des Drehspiegels 5 abhängt. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel weist der Drehspiegel 5 einen Schwenkbereich 13 von 35° auf, wobei die Flächennormale des Drehspiegels mit dem Mittenstrahl des kollimierten Strahls 2 je nach Drehstellung einen Winkel von 15 bis 50° bildet. Der mittels des Drehspiegels 5 abgelenkte Strahl (in Fig. 1 sind drei abgelenkte Strahlen für drei Drehstellungen des Spiegels beispielhaft eingezeichnet) trifft auf den ersten Abschnitt 9 des Reflexionsgitters 7. Der erste Abschnitt 9 ist so ausgebildet, daß die positive erste Beugungsordnung jedes vom Drehspiegel 5 kommenden und auf den ersten Abschnitt 9 treffenden Strahls in den Punkt P fokussiert wird. Somit wirkt der erste Abschnitt 9 des Reflexionsgitters 7 hinsichtlich der ersten Beugungsordnung wie ein Spiegel, der den Punkt S in den Punkt P abbildet. Dadurch weist der erste Abschnitt 9 in diesem Sinne einen ersten Brennpunkt S und einen zweiten Brennpunkt P auf.
Durch diese Abbildungseigenschaft des ersten Abschnitts 9 des Reflexionsgitters 7 hängt der Einfallswinkel des auf die Probe 11 treffenden Strahls vom Umlenkwinkel derart ab, daß der Einfallswinkel um so größer wird, desto größer der Umlenkwinkel ist.
Die vom Probenpunkt P ausgehende Strahlung (z. B. nullte Beugungsordnung bzw. der spekulare Reflex) trifft auf den zweiten Abschnitt 10 des Reflexionsgitters 7, der derart ausgebildet ist, daß das Beugungsmaximum der positiven ersten Ordnung der auf ihn treffenden Strahlen im Detektor 6 bzw. in einem Detektorpunkt D liegt. Damit führt der zweite Abschnitt 10 des Reflexionsgitters 7 hinsichtlich der ersten Beugungsordnung eine Abbildung des Probenpunktes P in den Detektorpunkt D durch. Das Reflexionsgitter 7 wirkt somit für die an ihm gebeugten Strahlen erster Ordnung als Spiegelelement mit drei Brennpunkten, wobei der erste Brennpunkt der Punkt S, der zweite Brennpunkt der Probenpunkt P und der dritte Brennpunkt der Detektorpunkt D ist. Somit sind der erste und der zweite Brennpunkt einerseits sowie der zweite und der dritte Brennpunkt andererseits jeweils optisch konjugierte Punkte.
in Fig. 2 ist schematisch ein Ausschnitt des ersten Abschnitts 9 des Reflexionsgitters 7 in Draufsicht gezeigt, wobei die schwarz gezeichneten Linien in der Trägerplatte 8 gebildete Vertiefungen darstellen. Die Linienverteilung (bzw. die Linienkrümmung) des ersten Abschnitts 9 ist dabei in einer ersten Richtung R1 unsymmetrisch, während sie in einer zweiten Richtung R2 (senkrecht zur ersten Richtung R1) symmetrisch ist. Der erste Abschnitt 9 ist bezüglich einer Mittellinie ML, auf der der Mittelpunkt M liegt und die sich entlang der zweiten Richtung R2 erstreckt, symmetrisch zum zweiten Abschnitt 10 (in Fig. 2 nicht gezeigt) ausgebildet und angeordnet.
Zur Messung wird der Drehspiegel 5 mit dem kollimierten Strahlen 2 beaufschlagt, wobei der Drehspiegel 5 über den gesamten Schwenkbereich 13 gedreht wird, so daß zeitlich aufeinander folgend der Punkt P mit Meßstrahlen mit unterschiedlichen Einfallswinkeln beaufschlagt wird. Die Intensität der daraufhin von der Probe 11 ausgehenden Probenstrahlen (hier im wesentlichen des spekularen Reflexes) in Abhängigkeit der Drehstellung des Drehspiegels 5 und somit in Abhängigkeit des Einfallswinkels wird aufgrund der Abbildungseigenschaft des zweiten Abschnitts 10 mittels des Detektors 6 erfaßt, so daß die Intensität der Probenstrahlen (hier hauptsächlich nullten Beugungsordnung) als Funktion des Einfallswinkels (was auch als optische Signatur des Probenpunktes bzw. der Probe bezeichnet wird) erfaßt werden kann.
Wenn eine periodische Struktur der Probe 11 im Probenpunkt P gemessen werden soll, wird der Bündeldurchmesser der einfallenden Meßstrahlen (die Fokussierung) bevorzugt so gewählt, daß er zumindest einige Perioden der Struktur beleuchtet. Bei der Halbleiterfertigung kann die Periode solcher Strukturen (wie z.B. voneinander beabstandete Linien, die eine vorbestimmte Breite und Höhe sowie einen vorbestimmten Flankenwinkel bei richtiger Prozeßführung aufweisen sollen) 150 nm betragen, so daß dann ein Bündeldurchmesser von einigen 10 μm angestrebt wird. In Abhängigkeit der Probengeometrie (die sich aufgrund von z.B. Prozeßschwankungen ändert) ändert sich auch die gemessene optische Signatur, so daß ausgehend von der gemessenen optischen Signatur durch bekannte Verfahren (wie z.B. neuronale Netze) auf die tatsächlichen Werte der gewünschten Parameter (wie z.B. Linienbreite, Linienhöhe, Flankenwinkel) zurück geschlossen werden kann. Bei einer weiteren Ausgestaltung (nicht gezeigt) der erfindungsgemäßen Meßanordnung ist eine bewegbare Blende bzw. Strahlfalle zwischen der Probe 11 und dem Detektor 6 angeordnet, die in Abhängigkeit von der Drehstellung des Spiegels 5 so geführt wird, daß der spekulare Reflex abgeschattet wird und daher nicht in den Detektor trifft Damit können höhere Beugungsordnungen der Probenstrahlen erfaßt werden. Natürlich kann die Blende auch so ausgebildet und bewegt werden, daß nur der spekulare Reflex auf den Detektor trifft. In diesem Fall werden die höheren Beugungsordnungen der Probenstrahlen ausgeblendet, so daß sichergestellt werden kann, daß ausschließlich der spekulare Reflex erfaßt wird.
Wenn mit der erfind ungsgemäßen Meßanordnung auch noch eine ortsaufgelöste Messung durchgeführt werden soll, wird der Abstand der Probe 11 zum Reflexionsgitter 7 bevorzugt so eingestellt, daß die Meßstrahlen (bzw. die Meßstrahlbündel) auf der Probe 11 eine möglichst geringen Durchmesser aufweisen (die Fokussierung ergibt somit einen möglichst geringen Bündeldurchmesser im Probenpunkt). Die Probe 11 wird dann nach jeder Messung, die in der oben beschriebenen Weise durchgeführt wird, jeweils in der Meßebene 12 bewegt, so daß die Ortsauflösung der Signatur durch die Bewegung der Probe erzeugt wird. Die Bewegung der Probe 11 wird beispielsweise mittels eines Probentisches (nicht gezeigt), auf dem die Probe 11 gehaltert ist, durchgeführt, wobei der Probentisch auch gleich zur Einstellung des Abstands der Probe 11 zum Reflexionsgitter 7 verwendet werden kann. Alternativ ist es natürlich auch möglich, die gesamte Meßanordnung relativ zur Probenebene 12 zu bewegen, oder beide Bewegungen zu kombinieren.
Damit das Reflexionsgitter 7 einen sehr hohen Beugungswirkungsgrad in Reflexion aufweist, besteht es und der Träger 8 entweder aus einem gut reflektierenden Material oder aber die Oberfläche des 8 ist mit einem gut reflektierenden Material beschichtet. So kann das Reflexionsgitter 7 beispielsweise aus Aluminium oder für längere Wellenlängen auch aus Halbleitermaterialien (wie z.B. Germanium oder Silizium) gebildet sein. Alternativ kann der Träger aus PMMA, Photoresist, Glas oder Quarzglas bestehen, der eine strukturierte Seite aufweist, die mit einer Beschichtungsschicht, z.B. Gold, versehen ist.
Das Reflexionsgitter 7 kann holografisch wie folgt hergestellt werden. Auf einer für die Wellenlänge von 457,9 nm transparenten, planparallelen Platte 20 ist eine für diese Wellenlänge empfindliche Lackschicht 21 aufgebracht (Fig. 3). Zur Belichtung werden zwei von den Punkten 22 und 23 ausgehende Laserlichtwellen (Kugelwellen mit einer Wellenlänge von 457,9 nm) erzeugt, die in der Lackschicht 21 mit einer gegenläufigen auf den Punkt 24 zulaufenden Laserlichtwelle (Kugelwelle mit einer Wellenlänge von 457,9 nm) interferieren und dadurch in der Lackschicht 21 die latente Gitterstruktur des zu bildenden Gitters erzeugen. Die Punkte 22, 23 und 24 entsprechen in ihrer Anordnung zueinander und zur Lackschicht 21 dabei den Punkten S, D und P der in Fig. 1 gezeigten Meßanordnung.
Die so in der Lackschicht 21 erzeugte latente Gitterstruktur wird z.B. in einem naßchemischen Entwicklungsprozeß in ein Oberflächenrelief überführt, wodurch aufgrund der beschriebenen Belichtung ein Blaze-Gitter gebildet ist. Die Beschichtung mit einer reflektierenden Schicht, wie z.B. Gold oder Aluminium führt zum Reflexionsgitter 7. Andererseits kann das Oberflächenrelief des Blaze-Gitters in der Lackschicht als Maske für geeignete Strukturierungsverfahren (z.B. lonenstrahlätzen) dienen, um das Gitterprofil in das stabilere Material der Trägerplatte 20 zu übertragen. Nach der Übertragung werden Reste der Lackschicht 21 , die eventuell noch vorhanden sind, entfernt und die strukturierte Trägerplatte 20 wird mit einer reflektierenden Schicht, wie z. B. Gold, Aluminium oder eine sonstige Metallschicht, beschichtet, so daß das Reflexionsgitter 7 fertiggestellt ist.
Die Gitterflanken des holografisch hergestellten Reflexionsgitters 7 sind stetig, so daß vorteilhaft so gut wie kein diffuses Streulicht auftritt.
Die Strukturierung kann auch durch Elelektronenstrahl-Lithographie oder sonstige geeignete Mikrostrukturierungsverfahren erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Meßanordnung einen Polarisator 14 auf, der in den parallelen Strahlengang zwischen der Lichtquelle 1 und der Linse 3 eingeführt werden kann, wie durch die gestrichelte Darstellung des Polarisators 14 und den Doppelpfeil A in Fig. 1 angedeutete ist. Somit wird der Umlenkspiegel 5 mit polarisiertem Licht (z.B. linear polarisiertes Licht) beaufschlagt. Zur Auswertung der Änderung des Polarisationszustandes wird der Detektor 6 dann als Vierquadrantendetektor ausgebildet, dem ein Polarisationsmosaikfilter 15 (Fig. 4) vorgeschaltet ist.
Der Polarisationsmosaikfilter 15 weist vier quadratische Felder 16, 17, 18, 19 auf, die jeweils einem der vier Quadranten des Vierquadrantendetektors zugeordnet sind. Die Abschnitte 16, 17, 18 sind jeweils mit einem feinen Metallgitter versehen, deren Gitterperiode kleiner als die Wellenlänge des kohärenten Strahls 2 ist, so daß nur das Licht durchgelassen wird, das senkrecht zu den schematisch eingezeichneten Gitterlinien polarisiert ist. Somit können mit den entsprechenden Quadranten des Vierquadrantendetektors, die den Abschnitten 16, 17, 18 nachgeschaltet sind, Informationen über den Polarisationszustand des von der Probe reflektierten Lichtes gewonnen werden. Da der vierte Abschnitt 19 unstrukturiert ist, läßt er das Licht unabhängig von seinem Polarisationszustand durch, so daß der dem Abschnitt 19 zugeordnete Quadrant des Vierquadrantendetektors zur photometrischen Messung verwendet wird.
Damit kann mit der erfindungsgemäßen Meßanordnung zusätzlich zur winkelaufgelösten Photometrie auch noch eine winkelaufgelöste Ellipsometrie durchgeführt werden.
Als Alternative zum festem Profil des Reflexionsgitters kann auch ein schaltbares, diffraktives Element (nicht gezeigt) eingesetzt werden, das in gleicher bzw. ähnlicher Weise wie das beschriebene Reflexionsgitter 7 wirkt. Im Unterschied zum Reflexionsgitter 7 kann mit dem schaltbaren Element die Gitterstruktur an unterschiedliche Wellenlängen angepaßt werden.
Statt einer monochromatischen Lichtquelle wird dann eine polychromatische Lichtquelle (z. B. eine Quecksilberlampe) mit nachgeordnetem, variablem Monochromator (z. B. ein Prisma oder ein Gitter) eingesetzt.
Die Messung kann dann so durchgeführt werden, daß zuerst eine vorbestimmte Wellenlänge eingestellt wird und für diese Wellenlänge das schaltbare, diffraktive Element derart angesteuert wird, daß das Gitter für die vorbestimmte Wellenlänge vorliegt, mit dem die gewünschte Abbildung durchgeführt werden kann.
Danach wird der Drehspiegel in der vorher beschriebenen Art und Weise gedreht und die Messung durchgeführt. Nach der Messung für die erste Wellenlänge wird eine zweite Wellenlänge eingestellt und auch das diffraktive Element wird auf die zweite Wellenlänge eingestellt, wobei dann wiederum der Dreh- bzw. Schwenkspiegel geschwenkt wird. Somit kann eine spektrale und winkelabhängige Messung der Intensität durchgeführt werden. Werden auch noch der Polarisator 14 und der oben beschriebene Vierquadrantendetektor mit dem Polarisationsmosaikfilter 15 eingesetzt, so kann zusätzlich noch eine spektrale und winkelaufgelöste Ellipsometrie durchgeführt werden.
Als schaltbares, diffraktives Element können räumliche Lichtmodulatoren, wie z.B. reflektive LCD-Module oder reflektive Kippspiegelmatrizen, eingesetzt werden. Alternativ können auch räumliche Lichtmodulatoren in Transmission, wie z.B. transmissive LCD-Module, eingesetzt werden. Die räumliche Auflösung der schaltbaren, diffraktiven Elemente sollte bevorzugt kleiner als ein Viertel der Arbeitswellenlänge betragen.
Da die Sensitivität (die Änderung der optischen Signatur in Abhängigkeit einer Änderung des zu untersuchenden Parameters, wie z.B. Breite und Höhe von parallelen Linien) nicht für alle Wellenlängen der Meßstrahlen und für alle Einfallswinkel der Meßstrahlen gleich ist, sondern sehr stark vom jeweiligen Probentyp (z.B. Photoresist auf Silizium, geätztes Silizium, geätztes Aluminium) und den jeweiligen Geometrien (z.B. ein- oder zweidimensionale Wiederholstrukturen) abhängt, werden der Monochrometer und der Drehspiegel durch eine Steuereinheit (nicht gezeigt) bevorzugt derart angesteuert, daß für jede Wellenlänge nur die relevanten Einfallswinkel oder auch der relevante Einfallswinkelbereich eingestellt werden. Damit kann vorteilhaft die Meßzeit verkürzt werden.

Claims

Ansprüche
1. Meßanordnung mit einer Strahlungsquelle (1), einer dieser nachgeordneten
Ablenkeinrichtung (5), die mit einem von der Strahlungsquelle (1) ausgehenden Strahl (2) beaufschlagbar ist und diesen zeitlich nacheinander in unterschiedliche Richtungen ablenkt, und weiter mit einer ersten und einer zweiten Optikeinrichtung (9, 10) sowie einem Detektor (6), wobei die erste Optikeinrichtung (9) die von der Ablenkeinrichtung (5) kommenden Strahlen jeweils als Meßstrahl auf einen Punkt (P) einer in einer Meßposition anzuordnenden Probe (11) derart umlenkt, daß der Einfallswinkel des Meßstrahls auf die Probe (11) in Abhängigkeit von der Richtung variiert, und wobei von der Probe aufgrund der Wechselwirkung der Meßstrahlen mit der Probe ausgehende Probenstrahlen mittels der zweiten Optikeinrichtung (10) auf den Detektor (6) umgelenkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der beiden Optikeinrichtungen (9, 10) ein diffraktives Element (7) zur Umlenkung aufweist, das die aus unterschiedlichen Richtungen einfallenden Strahlen derart beugt, daß die gebeugten Strahlen einer vorbestimmten Beugurigsordnung in einen Punkt (P, D) fokussiert werden.
2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das diffraktive
Element (7) als reflektives Element ausgebildet ist.
3. Meßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das diffraktive Element (7) der ersten und der zweiten Optikeinrichtung als ein einziges Element ausgebildet ist.
4. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das diffraktive Element (7) auf einer planen Seite eines Trägers (8) ausgebildet ist.
5. Meßanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (8) eine planparallele Platte ist.
θ. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das diffraktive Element (7) ein Phasengϊtter ist.
7. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das diffraktive Element (7) ein Blaze-Gitter ist.
8. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, die Umlenkeinrichtung einen schwenkbaren Spiegel (5) umfaßt.
9. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden diffraktiven Elemente (9, 10) der beiden Optikeinrichtungen symmetrisch zu einer Mittellinie (ML) angeordnet sind, wobei die diffraktiven Elemente (9, 10) jeweils symmetrisch in einer ersten Richtung (R1) senkrecht zur Mittellinie (ML) und asymmetrisch in einer zweiten Richtung (R2), die parallel zur Mittellinie (ML) ist, ausgebildet sind.
10. . Meßanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung (5) und der Detektor (6) symmetrisch zu einer Linie, die senkrecht zur Mittellinie (ML) verläuft und auf der der Probenpunkt liegt, angeordnet sind.
11. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das diffraktive Element (7) ein schaltbares Gitter aufweist, das entsprechend der Wellenlänge des auf das Ablenkelement (5) treffenden Strahls (2) einstellbar ist.
12. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (1) als polychromatische Strahlungsquelle ausgebildet ist, der ein einstellbarer Monochromator nachgeordnet ist.
13. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Strahlungsquelle (1) und der Ablenkeinrichtung (5) ein Polarisator (14) angeordnet ist, der bewirkt, daß der auf die Ablenkeinrichtung (5) treffende Strahl (2) einen vorbestimmten Polarisationszustand aufweist, und wobei der Detektor (6) mehrere, unabhängig voneinander auslesbare Detektorpixel aufweist, denen Analysatoren (16; 17; 18) mit unterschiedlichen Durchlassrichtungen zugeordnet sind.
14. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blende im Strahlengang von der Probe (11 ) bis zum Detektor (6) angeordnet ist, deren Position zeitlich nacheinander in Abhängigkeit von der Ablenkung der Ablenkeinrichtung derart veränderbar ist, daß Probenstrahlen einer vorbestimmten Beugungsordnung abgeschattet werden.
EP02800094A 2001-09-24 2002-09-18 Messanordnung Withdrawn EP1397671A2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10146944 2001-09-24
DE10146944A DE10146944A1 (de) 2001-09-24 2001-09-24 Meßanordnung
PCT/EP2002/010474 WO2003029793A2 (de) 2001-09-24 2002-09-18 Messanordnung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1397671A2 true EP1397671A2 (de) 2004-03-17

Family

ID=7700039

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP02800094A Withdrawn EP1397671A2 (de) 2001-09-24 2002-09-18 Messanordnung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20040145744A1 (de)
EP (1) EP1397671A2 (de)
JP (1) JP2005504318A (de)
DE (1) DE10146944A1 (de)
WO (1) WO2003029793A2 (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090227847A1 (en) * 2008-03-07 2009-09-10 John Tepper Tunable Light Controller
EP2539853B1 (de) * 2010-02-25 2019-01-09 Lirhot Systems Ltd. Lichtfilter mit veränderlichen polarisationswinkeln und einem verarbeitungsalgorithmus
DE102012216284A1 (de) * 2011-09-27 2013-03-28 Carl Zeiss Smt Gmbh Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage
KR102231730B1 (ko) * 2012-06-26 2021-03-24 케이엘에이 코포레이션 각도 분해형 반사율 측정에서의 스캐닝 및 광학 계측으로부터 회절의 알고리즘적 제거
US20160187252A1 (en) * 2013-10-04 2016-06-30 Halliburton Energy Services Inc. Real-Time Programmable ICE and Applications in Optical Measurements
KR102648880B1 (ko) * 2017-11-07 2024-03-15 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. 관심 특성을 결정하는 계측 장치 및 방법

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4286843A (en) * 1979-05-14 1981-09-01 Reytblatt Zinovy V Polariscope and filter therefor
US4710642A (en) * 1985-08-20 1987-12-01 Mcneil John R Optical scatterometer having improved sensitivity and bandwidth
US5307210A (en) * 1990-05-03 1994-04-26 Board Of Regents, The University Of Texas System Beam alignment device and method
US5241369A (en) * 1990-10-01 1993-08-31 Mcneil John R Two-dimensional optical scatterometer apparatus and process
US5164790A (en) * 1991-02-27 1992-11-17 Mcneil John R Simple CD measurement of periodic structures on photomasks
EP0632256B1 (de) * 1993-06-28 1998-08-26 International Business Machines Corporation Mikropolarimeter, Mikrosensorsystem und Methode zum charakterisieren Dünner Filme
US5703692A (en) * 1995-08-03 1997-12-30 Bio-Rad Laboratories, Inc. Lens scatterometer system employing source light beam scanning means
US5992743A (en) * 1996-04-19 1999-11-30 Fuji Photo Film Co., Ltd. Film scanner and method of reading optical information using same
US5867276A (en) * 1997-03-07 1999-02-02 Bio-Rad Laboratories, Inc. Method for broad wavelength scatterometry
US5861632A (en) * 1997-08-05 1999-01-19 Advanced Micro Devices, Inc. Method for monitoring the performance of an ion implanter using reusable wafers
US5963329A (en) * 1997-10-31 1999-10-05 International Business Machines Corporation Method and apparatus for measuring the profile of small repeating lines
EP0950881A3 (de) * 1998-04-17 2000-08-16 NanoPhotonics AG Verfahren und Vorrichtung zur automatischen relativen Justierung von Proben bezüglich eines Ellipsometers
US5989763A (en) * 1998-05-28 1999-11-23 National Semicondustor Corporation Chemical gas analysis during processing of chemically amplified photoresist systems
DE19842364C1 (de) * 1998-09-16 2000-04-06 Nanophotonics Ag Mikropolarimeter und Ellipsometer
WO2000035002A1 (de) * 1998-12-04 2000-06-15 Semiconductor 300 Gmbh & Co. Kg Verfahren und vorrichtung zur optischen kontrolle von fertigungsprozessen feinstrukturierter oberflächen in der halbleiterfertigung
DE19914696C2 (de) * 1999-03-31 2002-11-28 Fraunhofer Ges Forschung Gerät zur schnellen Messung winkelabhängiger Beugungseffekte an feinstrukturierten Oberflächen
JP4419250B2 (ja) * 2000-02-15 2010-02-24 株式会社ニコン 欠陥検査装置
US6943898B2 (en) * 2002-05-07 2005-09-13 Applied Materials Israel, Ltd. Apparatus and method for dual spot inspection of repetitive patterns

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO03029793A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005504318A (ja) 2005-02-10
WO2003029793A3 (de) 2003-12-04
WO2003029793A2 (de) 2003-04-10
US20040145744A1 (en) 2004-07-29
DE10146944A1 (de) 2003-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69634317T2 (de) Optisches Spektrometer zur Erfassung von Spektren in unterschiedlichen Bereichen
EP1166090B1 (de) Gerät zur schnellen messung winkelabhängiger beugungseffekte an feinstrukturierten oberflächen
EP0045321B1 (de) Verfahren und Einrichtung zur optischen Distanzmessung
DE10124803A1 (de) Polarisator und Mikrolithographie-Projektionsanlage mit Polarisator
DE19611218A1 (de) Spektrograph mit niedriger Blendenzahl
DE19955556A1 (de) Meßanordnung zum parallelen Auslesen von SPR-Sensoren
DE10317278A1 (de) Diffusor, Wellenfrontquelle, Wellenfrontsensor und Projektionsbelichtungsanlage
WO1997025722A2 (de) Kondensor-monochromator-anordnung für röntgenstrahlung
DE2361626B2 (de) Anordnung zur Messung der Intensität eines Strahlenbündels in einem optischen System
DE19911671A1 (de) Schmalbandmodul-Prüfvorrichtung
EP1397671A2 (de) Messanordnung
DE3113984C2 (de) Doppelmonochromator
EP1197736A2 (de) Verfahren und Anordnung zur orts- und zeitaufgelösten interferometrischen Charakterisierung von ultrakurzen Laserimpulsen
DE10020423A1 (de) Monochromator und spektrometrisches Verfahren
DE102015108818B4 (de) Anordnung zur Spektroskopie und Verfahren zur Herstellung der Anordnung
DE3129324C2 (de)
EP1434977A1 (de) Scatterometrische messanordnung und messverfahren
DE10011462C2 (de) Optisches Spektrometer mit Astigmatismuskompensation
DE4410036A1 (de) Zweistrahl-Polychromator
DE102022203999A1 (de) Verfahren zur Kalibrierung einer diffraktiven Messstruktur, Vorrichtung zur Kalibrierung einer diffraktiven Messstruktur und Lithografiesystem
DE60106784T2 (de) Optisches verfahren zur brechung von licht mit entsprechendem optischen system und gerät
DE4201024A1 (de) Tragbares spektralphotometer zur in situ untersuchung des absorptionsspektrums eines stoffes
DE3447697A1 (de) Monochromator mit telezentrischem, lichtstreuenden objektiv
WO2004076996A1 (de) Verfahren zur ermittlung optimaler gitterparameter für die herstellung eines beugungsgitters für ein vuv­ spektrometer
EP1323170B1 (de) Röntgenoptische anordnung

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

17P Request for examination filed

Effective date: 20030912

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL LT LV MK RO SI

GRAJ Information related to disapproval of communication of intention to grant by the applicant or resumption of examination proceedings by the epo deleted

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSDIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20050401