DE102004012161B3 - Imaging Ellipsometer with Synchronized Sample Feed and Ellipsometric Measurement - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur bildgebenden, ellipsometrischen Erfassung einer hauptsächlich flächig ausgedehnten Probenanordnung (10), bei dem DOLLAR A - die Probenanordnung wenigstens bereichsweise mittels einer Beleuchtungsanordnung mit Beleuchtungslicht einstellbarer Polarisationseigenschaften unter einem zur Probennormalen geneigten Beleuchtungswinkel (phi) beleuchtet wird, DOLLAR A - von beleuchteten Bereichen der Probe (10) reflektiertes Detektionslicht in einer unter einem geeigneten, zur Probennormalen geneigten Beleuchtungswinkel (phi) angeordneten, polarisationssensitiven Detektionsanordnung auf einen gesteuert auslesbaren Detektor (12) mit einer Mehrzahl geordneter, photosensitiver Detektorelemente abgebildet wird, DOLLAR A - Parameter des Abbildens von Probenbereichen auf den Detektor (12) variiert werden und DOLLAR A - wenigstens ein Auslesebereich (12a; 12b) des Detektors (12) in synchroner Weise zu der Variation der Abbildungsparameter zur Erzeugung von Probenbereiche repräsentierenden Bildern ausgelesen wird, wobei DOLLAR A - die Probenanordnung (10) relativ zu der Detektionsanordnung motorisch bewegt wird, wobei nacheinander unterschiedliche Probenbereiche (10a; 10b) auf denselben Detektor-Auslesebereich (12a) abgebildet werden, DOLLAR A - der Detektor-Auslesebereich (12a) synchron zu der Bewegung der Probe (10) ausgelesen wird und DOLLAR A - nacheinander aus dem Detektor-Auslesebereich (12a) ausgelesene Ergebnis-Teilbilder (15a-15f, 15x, 15y) zu einem Ergebnisbild (14) zusammengesetzt werden.A method of imaging, ellipsometric detection of a mainly flat extended sample assembly (10), the DOLLAR A - the sample arrangement at least partially illuminated by means of a lighting arrangement with illumination light adjustable polarization properties under a sample normal tilted illumination angle (phi), DOLLAR A - of illuminated areas of Sample (10) reflected detection light in a, under a suitable, normal to the sample inclined angle of illumination (phi) arranged polarization sensitive detection device on a controlled readable detector (12) having a plurality of ordered, photosensitive detector elements, DOLLAR A - parameters of mapping of sample areas the detector (12) are varied and DOLLAR A - at least one read-out region (12a; 12b) of the detector (12) in a synchronous manner to the variation of the imaging parameters for the generation of sample areas is read out images, wherein DOLLAR A - the sample arrangement (10) is moved by motor relative to the detection arrangement, wherein successively different sample areas (10a; 10b) are imaged onto the same detector read-out area (12a), DOLLAR A - the detector read-out area (12a) is read in synchronism with the movement of the sample (10) and DOLLAR A - successively read from the detector read-out area (12a). Partial images (15a-15f, 15x, 15y) to a result image (14) are composed.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur bildgebenden, ellipsometrischen Erfassung einer hauptsächlich flächig ausgedehnten Probenanordnung, bei dem
- – die Probenanordnung wenigstens bereichsweise mittels einer Beleuchtungsanordnung mit Beleuchtungslicht einstellbarer Polarisationseigenschaften unter einem zur Probennormalen geneigten Beleuchtungswinkel beleuchtet wird,
- – von beleuchteten Bereichen der Probe reflektiertes Detektionslicht in einer unter einem geeigneten, zur Probennormalen geneigten Beleuchtungswinkel angeordneten, polarisationssensitiven Detektionsanordnung auf einen gesteuert auslesbaren Detektor mit einer Mehrzahl geordneter, photosensitiver Detektorelemente abgebildet wird,
- – die Probenanordnung relativ zu der Detektionsanordnung motorisch bewegt wird und
- – wenigstens ein Detektor-Auslesebereich, auf den nacheinander unterschiedliche Probenbereiche abgebildet werden, zeitlich korreliert zu der Bewegung der Probenanordnung zur Erzeugung von Probenbereiche repräsentierenden Bildern ausgelesen wird.
- The sample arrangement is illuminated at least in regions by means of a lighting arrangement with illumination light of adjustable polarization properties under a lighting angle inclined to the sample normal,
- Detecting light reflected from illuminated areas of the sample in a polarization-sensitive detection arrangement arranged under a suitable illumination angle inclined to the sample normal to a control-readable detector with a plurality of ordered, photosensitive detector elements,
- - The sample assembly is moved relative to the detection device by motor and
- At least one detector read-out region, onto which successively different sample regions are imaged, is read out in time-correlated manner with respect to the movement of the sample arrangement for generating images representing sample regions.
Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein abbildendes Ellipsometer zur bildgebenden, ellipsometrischen Erfassung einer hauptsächlich flächig ausgedehnten Probe, umfassend
- – eine Beleuchtungsanordnung zur wenigstens bereichsweisen Beleuchtung der Probe mit Beleuchtungslicht wählbarer Polarisationseigenschaften unter einem zur Probennormalen geneigten Beleuchtungswinkel,
- – eine unter einem geeigneten, zu der Probennormalen geneigten Detektionswinkel angeordnete Detektionsanordnung zur polarisationssensitiven, abbildenden Detektion von Detektionslicht, welches von beleuchteten Bereichen der Probe reflektiert wird, umfassend einen gesteuert auslesbaren Detektor mit einer Mehrzahl von photosensitiven, geordneten Detektorelementen,
- – einen verfahrbaren Probenträger, mit welchem die Probe bewegbar ist, dass auf denselben Detektor-Auslesebereich abgebildet werden,
- – Steuermittel zur Steuerung des Auslesens wenigstens eines Detektor-Auslesebereichs, auf den nacheinander unterschiedliche Probenbereiche abgebildet werden, in zeitlich korrelierter weise zu der Bewegung der Probe.
- A lighting arrangement for at least partial illumination of the sample with illumination light of selectable polarization properties below a lighting angle inclined to the sample normal,
- A detection arrangement arranged below a suitable detection angle which is inclined to the sample normal for the purpose of polarization-sensitive, imaging detection of detection light which is reflected by illuminated areas of the sample, comprising a controllably readable detector having a plurality of photosensitive, ordered detector elements,
- A movable sample carrier, with which the sample can be moved, that is imaged onto the same detector read-out region,
- - Control means for controlling the readout of at least one detector read-out region, are sequentially displayed on the different sample areas, in time-correlated manner to the movement of the sample.
Die Erfindung bezieht sich schließlich auf ein Qualitätssicherungsmodul zur Erkennung von Herstellungsfehlern in einer Produktherstellungsvorrichtung.The The invention finally relates on a quality assurance module for detecting manufacturing defects in a product manufacturing device.
Zur
bildgebenden Erfassung sehr dünner und
insbesondere transparenter Proben hat sich die Ellipsometrie als
leistungsfähiges
Messprinzip etabliert. Das Grundprinzip bekannter ellipsometrischer Verfahren
lässt sich
am einfachsten anhand der schematischen Skizze von
Es sind bildgebende und nicht bildgebende Anwendungen der Ellipsometrie bekannt. Während bei der nicht bildgebenden Ellipsometrie Optik und Detektor auf die Beleuchtung eines einzelnen Punktes bzw. die Detektion von Reflektionslicht aus diesem Punkt ausgerichtet sind, werden bei der bildgebenden Ellipsometrie größere Probenbereiche simultan beleuchtet und es ist eine Abbildungsoptik O vorgesehen, welche einzelne Punkte des beleuchteten Bereichs entsprechenden photosensitiven Detektorelementen zuordnet, aus denen der Detektor in geordneter Weise aufgebaut ist.It are imaging and non-imaging applications of ellipsometry known. While at non-imaging ellipsometry optics and detector on the Illumination of a single point or the detection of reflection light from this point are aligned in the imaging Ellipsometry larger sample areas illuminated simultaneously and an imaging optics O is provided, which correspond to individual points of the illuminated area assigns photosensitive detector elements, which make up the detector is structured in an orderly manner.
Zur Durchführung einer ellipsometrischen Messung sind insbesondere zwei Grundprinzipien bekannt. So können beispielsweise mehrere Einzelmessungen mit unterschiedlicher relativer Einstellung der polarisationsrelevanten Elemente zueinander und/oder unterschiedlichen Einstellungen des Winkels φ durchgeführt und interessierende Werte gemäß dem Fachmann bekannten physikalischen Zusammenhängen aus der sich ergebenden Folge von Messwerteinheiten (einzelne Messwerte bei nicht bildgebender bzw. einzelne Bilder bei bildgebender Anwendung) abgeleitet werden. Im Gegensatz dazu werden bei der sogenannten Null-Ellipsometrie, die insbesondere bei bildgebenden Anwendungen Einsatz findet, die polarisationsrelevanten Elemente relativ zueinander derart eingestellt, dass bestimmte Kennwerte eines Ergebnisbildes, beispielsweise ein Kontrast zwischen zwei abgebildeten Probenbereichen, einen besonderen Wert annimmt. So ist es beispielsweise bekannt, bei der Inspektion sogenannter Micro-Arrays oder Biochips bei der die Qualität der Aufbringung eines Musters aus Biomolekülen auf einem Trägersubstrat überprüft werden soll, die polarisationsrelevanten Elemente relativ zueinander so einzustellen, dass der effektiv nutzbare Kontrast zwischen molekülbelegten Bereichen und freien Bereichen des Trägersubstrates maximiert wird. Fehlerhafte Formen von molekülbelegten Bereichen sind dann besonders einfach und insbesondere ohne Durchführung eines aufwendigen, vielschrittigen Verfahrens erkennbar.To carry out an ellipsometric measurement, in particular two basic principles are known. For example, multiple individual measurements with different relative setting of the polarization-relevant elements to each other and / or different settings of the Angle φ performed and values of interest are derived according to the physical relationships known in the art from the resulting sequence of measurement units (individual readings in non-imaging or single images in imaging application). In contrast, in the so-called null ellipsometry, which is used in particular in imaging applications, the polarization-relevant elements are adjusted relative to one another such that certain characteristic values of a result image, for example a contrast between two imaged sample areas, assumes a particular value. For example, in the inspection of so-called microarrays or biochips in which the quality of the application of a pattern of biomolecules on a carrier substrate is to be checked, the polarization-relevant elements are adjusted relative to one another such that the effectively usable contrast between molecule-occupied regions and free Areas of the carrier substrate is maximized. Faulty forms of molecule-occupied areas are then particularly simple and in particular recognizable without performing a complex, multi-step process.
Da die Probenanordnung bei allen ellipsometrischen Verfahren unter einem von der Probennormalen abweichenden Winkel beleuchtet und beobachtet wird, stellt sich bei bildgebenden Anwendungen die unvermeidbare Schwierigkeit, dass benachbarte Probenbereiche, die gleichzeitig beleuchtet und gleichzeitig vom Detektor erfasst werden können, unterschiedliche Abstände zu dem Detektor aufweisen. Um eine "scharfe" Abbildung sämtlicher Bereiche auf den Detektor zu ermöglichen, müssten in der Detektionsanordnung Abbildungsoptiken mit extremer Tiefenschärfe verwendet werden. Dies lässt sich nicht in allgemeiner Weise mit den übrigen Forderungen nach Lichtstärke, hoher räumlicher Auflösung und flexibler Wahl des Beobachtungswinkels vereinbaren. Man umgeht diese Schwierigkeit daher üblicherweise dadurch, dass nacheinander mehrere, einander benachbarte Auslesebereiche des Detektors zur Erzeugung von Ergebnis-Teilbildern ausgelesen werden, wobei vor jedem Auslesen eines Teilbildes die Abbildungsoptik nachfokussiert wird, so dass jeweils auf denjenigen Probenbereich "scharf" gestellt wird, der auf den als nächsten auszulesenden Detektor-Auslesebereich abgebildet wird. Dies hat den Nachteil, dass die entsprechende Abbildungsoptik mechanisch aufwendig ausgeführt werden muss. Auch lässt sich dieses Vorgehen schlecht für die Erfassung größerer Probenflächen automatisieren.There the sample arrangement in all ellipsometric methods under illuminated an angle deviating from the sample normal and is observed, the unavoidable in imaging applications Difficulty that adjacent sample areas simultaneously illuminated and simultaneously detected by the detector, different distances to the detector. To make a "sharp" image of all areas on the detector to enable would have to be in the detection device used imaging optics with extreme depth of field become. This leaves not in a general way with the other demands for light intensity, higher spatial resolution and flexible choice of viewing angle. Man bypasses this difficulty therefore usually in that successively several, mutually adjacent readout areas of the detector for generating result fields be, where before each reading of a partial image, the imaging optics refocused, so that in each case on the sample area is "armed", the on the next one is read out to be read detector read range. this has the disadvantage that the corresponding imaging optics mechanically elaborately executed must become. Also lets This approach is bad for Automate the acquisition of larger sample areas.
Aus der WO 96/24034 A1 sind ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8 bekannt, die der bildgebenden Ellipsometrie dienen. Dabei ist eine insbesondere oszillierende Bewegung der Probe während der Integrationszeit des bildgebenden Detektors vorgesehen, um eine Mittelung eines Speckle-Musters, das durch Interferenz von an der Probe gestreuten Teilstrahlen des Beleuchtungslichtes miteinander entsteht, zu erreichen. Insofern besteht eine zeitliche Korrelation zwischen der Bewegung der Probe und dem Auslesen des Detektors gegeben. Die bekannte Vorrichtung und das bekannte Verfahren sind jedoch nicht geeignet, die oben erläuterten Probleme der automatischen Aufnahme großer Bildbereiche mit gleich bleibend hoher Abbildungsschärfe zu lösen. Im Gegenteil kommt es durch die Probenbewegung während der Integrationszeit des Detektors zu einem starken "Verwackeln" des erzeugten Bildes auf und somit zu eine deutlichen Abnahme der Abbildungsschärfe.Out WO 96/24034 A1 discloses a method according to the preamble of claim 1 and a device according to the preamble of claim 8, which serve the imaging ellipsometry. there is a particular oscillating movement of the sample during the Integration time of the imaging detector provided to a Averaging a speckle pattern caused by interference from at the Sample scattered partial beams of the illumination light with each other arises, to reach. In this respect there is a temporal correlation between the movement of the sample and the reading of the detector. However, the known device and the known method are not suitable, the above explained Problems of automatically recording large image areas with the same staying high image sharpness to solve. On the contrary, it comes through the sample movement during the integration time of Detector to a strong "blurring" of the generated image and thus to a significant decrease in image sharpness.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass eine Automatisierung, insbesondere zur industriellen Anwendung, einfach und kostengünstig möglich wird.It It is an object of the present invention to provide a generic method in such a way that an automation, in particular for industrial application, simple and inexpensive possible.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzubilden, dass aus Teilbildern aufgebaute Gesamt-Ergebnisbilder in automatisierter Weise erzeugbar werden, insbesondere, wenn die abzubildende Oberfläche das Bildfeld des Detektors übersteigt.It It is another object of the present invention to provide a generic device in such a way that the total result images constructed from partial images be generated in an automated manner, in particular, if the surface to be imaged exceeds the field of view of the detector.
Die erstgenannte Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass
- – der
Detektor-Auslesebereich (
12a ) synchron zu der Bewegung der Probe (10 ) ausgelesen wird, und - – nacheinander
aus dem Detektor-Auslesebereich (
12a ) ausgelesene Ergebnis-Teilbilder (15a -15f ,15x ,15y ) zu einem Ergebnisbild (14 ) zusammengesetzt werden.
- The detector readout area (
12a ) in synchronism with the movement of the sample (10 ), and - - one after the other from the detector read-out area (
12a ) read result fields (15a -15f .15x .15y ) to a result image (14 ).
Dieses erfindungsgemäße Verfahrensprinzip löst sich vollkommen von der bislang verfolgten Idee des "Scharfstellens" unterschiedlicher Bildbereiche. Statt dessen wird die Probe selbst mit dem Auslesen des Detektors in synchroner Weise verfahren. Dies hat den Vorteil, dass die Abbildungsoptik entsprechend einfach ausgebildet und bzgl. optisch relevanter Randbedingungen optimiert ausgestaltet werden kann.This inventive method principle dissolves completely from the hitherto pursued idea of "sharpening" different image areas. Instead of of which the sample itself becomes synchronous with the readout of the detector Way proceed. This has the advantage that the imaging optics correspondingly simple and with respect to visually relevant boundary conditions Optimized can be configured.
Günstigerweise wird die Probenanordnung linear und senkrecht zur Probennormalen sowie parallel zur Einfallsebene des Beleuchtungslichts bewegt. Die Bewegung kann dabei kontinuierlich oder schrittweise erfolgen. Eine kontinuierliche Bewegung der Probenanordnung bietet sich bei Anwendungen an, in denen der Zeitfaktor kritisch ist. Sie ist jedoch nur realisierbar, wenn die Beleuchtungsverhältnisse eine hinreichend kurze Integrationszeit des Detektors erlauben, so dass trotz der kontinuierlichen Bewegung die Erzeugung ausreichend scharfer Teilbilder möglich ist. Eine schrittweise Bewegung der Probenanordnung ermöglicht hingegen längere Integrationszeiten des Detektors ohne die Gefahr des "Verschmierens" von Teilbildern.conveniently, the sample arrangement becomes linear and perpendicular to the sample normal and moved parallel to the plane of incidence of the illumination light. The movement can take place continuously or stepwise. A continuous movement of the sample arrangement is useful Applications in which the time factor is critical. It is only feasible if the lighting conditions a sufficiently short Allow integration time of the detector, so that despite the continuous Movement the generation of sufficiently sharp fields is possible. A gradual movement of the sample arrangement, however, allows longer Integrationszeiten of the detector without the danger of "smearing" of partial images.
Besonders bevorzugt werden die Polarisationseigenschaften des Beleuchtungslichtes und die polarisationssensitive Detektionsanordnung zu Beginn des Verfahrens relativ zueinander derart eingestellt, dass ein Ergebnisbild einer Referenzprobenanordnung bzgl. wenigstens eines Bildkennwertes einen Extremwert zeigt. Dieser Bildkennwert ist vorzugsweise ein Kontrast zwischen zwei ausgewählten Probenbereichen. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann insbesondere Anwendung finden bei der sogenannten Null-Ellipsometrie. Hierbei können die Einstellungen beispielsweise so vorgenommen werden, dass zwischen zwei benachbarten Bereichen der Referenzprobe kein oder ein minimaler Kontrast erkennbar ist, so dass das Auftreten eines Kontrastes zwischen äquivalenten Bereichen einer zu messenden Probe einer Abweichung von einem Sollwert charakterisiert. Andererseits kann auch die Einstellung derart erfolgen, dass zwischen zwei Probenbereichen einer Referenzprobe ein maximaler Kontrast entsteht, so dass bei der eigentlichen Messung beispielsweise bestimmte Formen von Probenbereichen besonders gut erkennbar werden. Günstigerweise bildet das Ergebnisbild, welches bevorzugt dem Benutzer über eine Anzeigevorrichtung angezeigt wird, eine Art durchlaufendes Fenster. Das bedeutet, dass ein aus Ergebnis-Teilbildern aufgebautes Ergebnisbild jeweils dem zuvor aufgebauten Ergebnisbild ohne dessen zuerst ausgelesenes Ergebnis-Teilbild und ergänzt um ein neu ausgelesenes Ergebnis-Teilbild, entspricht. Wird die auf diese Weise entstehende Folge von Ergebnisbildern, die auch digital und/oder analog gespeichert werden kann, angezeigt, ergibt sich der Eindruck eines Beobachtungsfensters, durch welches die Probe durchgefahren wird.Especially the polarization properties of the illumination light are preferred and the polarization sensitive detection device at the beginning of the Method relative to each other adjusted such that a result image a reference sample arrangement with respect to at least one image characteristic shows an extreme value. This image characteristic is preferably a Contrast between two selected sample areas. This embodiment the method according to the invention may find particular application in the so-called null-ellipsometry. in this connection can For example, the settings are made so that between two adjacent areas of the reference sample no or a minimum Contrast is apparent, allowing the appearance of a contrast between equivalent areas a measured sample of a deviation from a target value. On the other hand, the adjustment can be made such that between two sample areas of a reference sample a maximum contrast arises, so that in the actual measurement, for example, certain Forms of sample areas are particularly well recognizable. conveniently, forms the result image, which preferably the user via a Display device is displayed, a kind of continuous window. This means that a result image constructed from result sub-images each of the previously constructed result image without the first read out Result-frame and added to a newly read result field, equivalent. If the resulting sequence of result images, which can also be stored digitally and / or analogously, gives the impression of an observation window through which the sample is passed through.
Die Synchronisation von motorischem Probenvorschub und Auslesen des Detektorauslesebereichs kann auf unterschiedliche Weise gewährleistet werden. Im einfachsten Fall werden bekannte Bewegungsdaten, z.B. Geschwindigkeit, Dauer eines Bewegungsschrittes, Vorschubstrecke während eines Bewegungsschrittes etc. verwendet, um die Detektorauslesung geeignet anzusteuern. Günstiger, wenngleich technischer etwas aufwendiger, kann es sein, aus der tatsächlichen Probenbewegung über geeignete Sensoren Triggersignale für die Ansteuerung der Detektor-Auslesung zu generieren. Problematisch bei beiden Varianten kann sein, dass die Auslese-Steuerung lediglich auf mechanischen Bewegungsparametern beruht. Es kann jedoch sein, dass, beispielsweise durch Unebenheiten des Substrates, unerwünschte optische Abweichungen hinzukommen. Beispielsweise hätte eine Welle im Substrat eine Veränderung des Reflektionswinkels zur Folge, was sich mangels entsprechender Anpassung des Detektionsstrahlengangs in einer Verschiebung des Abbildungsbereichs der Probe auf dem Detektor niederschlagen würde.The Synchronization of motor sample feed and readout of the Detector range can be ensured in different ways. In the simplest case known motion data, e.g. Speed, Duration of a movement step, feed distance during a movement step etc. used to control the detector readout suitable. cheaper although technically a little more elaborate, it may be out of the actual Sample movement over Suitable sensors Trigger signals for the control of the detector readout to generate. The problem with both variants may be that the readout control only on mechanical motion parameters based. However, it may be that, for example due to bumps of the substrate, undesirable added optical aberrations. For example, one would have Wave in the substrate a change of the reflection angle result, which is due to lack of appropriate Adjustment of the detection beam path in a shift of the imaging area the sample would precipitate on the detector.
Bei einer besonders günstigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist daher vorgesehen, dass
- – in einem Referenzbild anhand von Bildinformationsparametern eine Interessenregion (ROI: region of interest) definiert und deren Position und/oder Form in einem ersten Teilbild bestimmt wird,
- – in einem zweiten Teilbild nach einer Verschiebung der Probe die Position und/oder Form der ROI anhand der gleichen Bildinformationsparameter ermittelt wird,
- – das zweite Teilbild wenigstens ausschnittweise durch Translation, Rotation, Stauchung und/oder Streckung derart korrigiert wird, dass die Position und/oder Form der ROI in dem zweiten Teilbild mit der Position und oder Form der ROI in dem ersten Teilbild übereinstimmt, und
- – positions- und/oder formkorrigierte Teilbilder bzw. Ausschnitte davon zum Aufbau des Ergebnisbildes verwendet werden.
- In a reference image on the basis of image information parameters a region of interest (ROI) is defined and its position and / or shape determined in a first partial image,
- In a second partial image after a displacement of the sample, the position and / or shape of the ROI is determined on the basis of the same image information parameters,
- The second partial image is at least partially corrected by translation, rotation, compression and / or extension in such a way that the position and / or shape of the ROI in the second partial image coincides with the position and / or shape of the ROI in the first partial image, and
- - Position- and / or shape-corrected partial images or sections thereof used to construct the result image.
Diese Maßnahme hat zur Folge, dass die einzelnen Teilbilder oder Ausschnitte davon aus sich selbst, d.h. aus in ihnen enthaltenden Bildinformationen heraus korrigiert werden können, so dass in einem aus ihnen aufgebauten Ergebnisbild die oben erwähnten optischen Fehler kompensiert sind. Die Synchronisation zwischen Auslesung und Probenbewegung kann daher auf einfache Weise anhand bekannter oder gemessener rein mechanischer Parameter erfolgen. Die Bildinformationsparameter die zur Korrektur herangezogen werden, können eine Kontrast-, Intensität-, Farb- und/oder Forminformation einschließen. So können beispielsweise bestimmte Markierungen auf dem Substrat, deren Sollwerte (z.B. Position, Form, Größe etc.) bekannt sind, als Korrekturmarker verwendet werden. Auch Strukturen der Probe selbst, können als Korrekturmarker Verwendung finden. Insbesondere kann auch die Struktur des Beleuchtungslichts, z.B. ein Intensitätsmaximum eines Laserstrahls für die Korrektur herangezogen werden. Als relevante Ausschnitte einzelner Teilbilder kommen insbesondere die ROIs in Frage. Das zur Definition der ROI verwendete Referenzbild kann mit dem ersten Teilbild identisch oder ein separat aufgenommenes Bild sein.This measure has the consequence that the individual partial images or sections thereof can be corrected out of themselves, ie from image information contained in them, so that the above-mentioned optical errors are compensated for in a result image constructed from them. The synchronization between reading and sample movement can therefore be based on be known or measured purely mechanical parameters. The image information parameters used for correction may include contrast, intensity, color and / or shape information. For example, certain markings on the substrate whose nominal values (eg position, shape, size, etc.) are known can be used as correction markers. Structures of the sample itself can also be used as correction markers. In particular, the structure of the illumination light, for example an intensity maximum of a laser beam, can also be used for the correction. As relevant excerpts of individual partial images, the ROIs in particular come into question. The reference image used to define the ROI may be the same as the first partial image or a separately captured image.
Eine besonders bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt im Bereich der Qualitätssicherung, insbesondere bei der Herstellung von Micro-Arrays oder Biochips. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass mit der Erfassung von Probenbereichen zukünftig zu erfassende Probenbereiche präpariert werden und Ergebnisbilder einer automatisierten oder visuellen Überprüfung unterzogen werden und im Fall von Abweichungen gegenüber vorbestimmten Sollwerten Parameter der Probenpräparation entsprechend variiert werden. Im Fall der Herstellung von Micro-Arrays oder Biochips, die hier rein exemplarisch und in keiner Weise beschränkend angeführt wird, kann dies beispielsweise umgesetzt werden, indem Substrate, die maschinell mit Mustern von Biomolekülen belegt werden, vergleichsweise kurzfristig nach ihrer Präparation einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung zugeführt werden. Die entstehenden Ergebnisbilder können dann durch Inspektion durch einen menschlichen Qualitätskontrolleur oder automatisch durch Anwendung geeigneter Bildbearbeitungsalgorithmen (z.B. Mustererkennungsalgorithmen) mit vorgegebenen Sollwerten (z.B. Form, Kontrast, Intensität etc.) verglichen werden. Abweichungen von den Sollwerten lassen auf Fehler bei der Probenpräparation schließen. Diese können für diejenigen Proben, die gerade präpariert werden, manuell oder automatisch korrigiert werden. Der Erfolg der Korrektur kann dann kurz darauf überprüft werden, wenn dann auf diese Proben das oben erläuterte, erfindungsgemäße Prüfverfahren angewendet wird. Je kürzer der Zeitabstand zwischen Probenpräparation und Überprüfung ist, desto geringer kann der Ausschuss gehalten werden.A particularly preferred application of the method according to the invention is in the range quality assurance, especially in the production of micro-arrays or biochips. It is preferably provided that with the detection of sample areas future Prepared to be detected sample areas be subjected to automated or visual inspection and in the case of deviations from predetermined setpoints Parameters of the sample preparation be varied accordingly. In the case of the production of micro-arrays or biochips, which is given here purely by way of example and in no way restrictive, For example, this can be done by adding substrates that be mechanically coated with patterns of biomolecules, comparatively short term after her preparation one for implementation the method according to the invention fed to suitable device become. The resulting result images can then be inspected by a human quality controller or automatically by using suitable image processing algorithms (e.g., pattern recognition algorithms) having predetermined setpoints (e.g. Shape, contrast, intensity etc.). Deviations from the setpoints on errors during sample preparation shut down. these can for those Samples being prepared be corrected manually or automatically. The success of Correction can then be checked shortly afterwards if then the test method according to the invention explained above for these samples is applied. The shorter the time interval between sample preparation and inspection is the lower the committee can be held.
Ist eine Korrektur fehlerhafter Proben aufgrund des spezifischen Produktionsprozesses nicht möglich oder zu aufwendig, besteht aufgrund der beschriebenen ellipsometrischen Analyse die Möglichkeit, einen Korrekturfaktor zu bestimmen, der in der bestimmungsgemäßen Verwendung der Probe berücksichtigt werden kann und dadurch die Ergebnisqualität verbessert. Im Falle der Micro-Arrays könnte dies zum Beispiel die Angabe eines Flächenbelegungsfaktors sein, der Beispielsweise bei einer fluorometrischen Analyse als Gewichtungsfaktor eingeht. Ein unvollständig mit Biomolekülen belegtes Element eines Micro-Arrays hätte demnach z.B. einen Gewichtungsfaktor zwischen 0 und 1, während ein im Übermaß belegtes Element einen Gewichtungsfaktor > 1 zugeteilt bekäme.is a correction of faulty samples due to the specific production process not possible or too costly, exists due to the described ellipsometric Analysis the possibility to determine a correction factor that is in the intended use considered the sample and thereby improve the quality of the results. In case of Micro-arrays could do this For example, the specification of a surface occupancy factor For example, in a fluorometric analysis as Weighting factor is received. An incompletely biomolecule-occupied element a micro-array would have accordingly e.g. a weighting factor between 0 and 1, while an oversized Element a weighting factor> 1 would be assigned.
Die zweite oben genannte Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 8 dadurch gelöst, dass
- – die Steuermittel
derart eingerichtet sind, dass der Detektor-Auslesebereich (
12a ) synchron zu der Bewegung der Probe (10 ) auslesbar ist, und - – Bildverarbeitungsmittel
vorgesehen und derart eingerichtet sind, dass nacheinander aus dem Detektor-Auslesebereich (
12a ) ausgelesene Ergebnis-Teilbilder (15a -15f ,15x ,15y ) zu einem Ergebnisbild (14 ) zusammensetzbar sind.
- - The control means are arranged such that the detector read-out area (
12a ) in synchronism with the movement of the sample (10 ) is readable, and - Image processing means are provided and are arranged such that successively from the detector read-out area (
12a ) read result sub-images (15a -15f .15x .15y ) to a result image (14 ) are composable.
Zur Vermeidung von Wiederholungen wird bezüglich der Wirkungen und Vorteile dieser Maßnahmen auf die Wirkungen und Vorteile der entsprechenden oben erläuterten Verfahrensmaßnahmen verwiesen.to Avoiding repetitions will be regarding the effects and benefits of these measures to the effects and advantages of the corresponding ones discussed above Referred to procedural measures.
Günstigerweise ist ein Sensor vorgesehen, über welchen die Steuermittel Informationen bezüglich der aktuellen Positionierung der Probe erhalten. Derartige Informationen können zur Generierung von Triggersignalen für die Detektor-Auslesung und damit zur Synchronisation von Probenbewegung und Detektorauslesung verwendet werden. Als Sensoren kommen optische, mechanische, magnetische und/oder elektrische Sensoren in Frage.conveniently, a sensor is provided via which the control means information regarding the current positioning obtained the sample. Such information can be used to generate trigger signals for the Detector readout and thus for the synchronization of sample movement and detector readout be used. As sensors are optical, mechanical, magnetic and / or electrical sensors in question.
Bevorzugt ist der motorisch bewegbare Probenträger als ein Förderband ausgebildet, welches die Probe senkrecht zur Probennormalen und parallel zur Einfallsebene des Beleuchtungslichts linear bewegen kann und zwar kontinuierlich oder schrittweise. Ein solches Förderband, das als echtes Band, jedoch auch als Gitter, Netz, Kette oder ähnliches ausgebildet sein kann, eignet sich insbesondere zum Einsatz in größeren Vorrichtungen bei denen in einem Bereich Proben präpariert und in einem weiteren Bereich, dem sie mit Hilfe des Förderbandes zugeführt werden, hinsichtlich ihrer Qualität überprüft werden können.Prefers is the motorized sample carrier as a conveyor belt formed, which the sample perpendicular to the sample normal and move linearly parallel to the plane of incidence of the illumination light can be continuous or gradual. Such a conveyor belt, this is designed as a real band, but also as a grid, net, chain or the like can be, is particularly suitable for use in larger devices where samples are prepared in one area and in another area, with the help of the conveyor belt supplied be checked for quality.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Probenträger als Rotationstisch ausgebildet, der die Probe azimutal zur Probennormalen bewegen kann und zwar ebenfalls kontinuierlich oder schrittweise.at an alternative embodiment is the sample carrier formed as a rotation table, which normalizes the sample azimuthal to the sample can move and also continuously or step by step.
Günstigerweise umfasst die Beleuchtungsanordnung Strahlformungsmittel, um die Form des Beleuchtungslichtes auf die Form der interessierenden Probenbereiche abzustimmen. Benachbarte Probenbereiche, aus denen störendes Reflexionslicht auf dem gleichen Detektorbereich abgebildet werden könnte, werden nicht beleuchtet, sodass kein Störlicht entstehen kann. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass auch die Strahlungsbelastung der Probe reduziert bzw. der erzielbare Bildkontrast verbessert werden kann. Probenbereiche, die zu einem Zeitpunkt nicht scharf auf den Detektor abgebildet werden, werden auch nicht beleuchtet, sodass die Beleuchtung des interessierenden Probenbereichs z.B. hinsichtlich des erzielbaren Kontrastes optimiert, d.h. in der Regel maximiert, werden kann, ohne dass andere, evtl. später zu messende Probenbereiche durch die Bestrahlung in Mitleidenschaft gezogen würden.Conveniently, the Beleuchtungsa Arrangement beam shaping means to match the shape of the illumination light to the shape of the sample areas of interest. Adjacent sample areas, from which disturbing reflection light could be imaged on the same detector area, are not illuminated, so that no stray light can arise. Another advantage of this embodiment is that also the radiation load of the sample can be reduced or the achievable image contrast can be improved. Sample areas which are not focused on the detector at one time are also not illuminated, so that the illumination of the sample area of interest can be optimized, ie usually maximized, with respect to the achievable contrast, without others, possibly later to be measured Sample areas would be affected by the irradiation.
Im Fall einer erwünschten streifenförmigen Beleuchtung kann dies eine Zylinderlinse oder eine entsprechende Spiegeloptik sein, durch welche das Beleuchtungslicht auf einen streifenförmigen Probenbereich leitbar ist, der insbesondere senkrecht zur Einfallsebene des Beleuchtungslichtes liegt. Wie dem Fachmann im Bereich der Optik bekannt ist, weist eine Zylinderlinse bzw. eine entsprechende Spiegeloptik anstelle eines Brennpunktes eine Brennlinie auf. Sie ist somit im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeignet, den beleuchteten Probenbereich auf einen schmalen Streifen senkrecht zur Bewegungsrichtung zu reduzieren. Innerhalb dieses Streifens können hohe Intensitäten (und damit hohe Bildkontraste) erreicht werden, ohne dass andere Probenbereiche unnötig durch Bestrahlung belastet werden. Üblicherweise verbietet sich jedoch der Einsatz von Zylinderlinsen oder entsprechenden Spiegeloptiken für bildgebende Verfahren. In Kombination mit der erfindungsgemäßen Probenbewegung und der Synchronisation mit der Detektor-Auslesung können jedoch die Vorteile der präzisen Beleuchtung durch die Zylinderoptik auch im Rahmen eines bildgebenden Verfahrens genutzt werden.in the Case of a desired strip-shaped lighting this can be a cylindrical lens or a corresponding mirror optics, through which the illumination light onto a strip-shaped sample area is conductive, in particular perpendicular to the plane of incidence of the illumination light lies. As is known to those skilled in the field of optics, has a cylindrical lens or a corresponding mirror optics instead of a focal point on a focal line. It is therefore related with the device according to the invention suitable, the illuminated sample area on a narrow strip perpendicular to the direction of motion. Within this Can strip high intensities (and thus high image contrast) can be achieved without others Sample areas unnecessarily through Irradiation be charged. Usually forbids However, the use of cylindrical lenses or corresponding mirror optics for imaging. In combination with the sample movement according to the invention and the Synchronization with the detector readout, however, can take advantage of precise Lighting through the cylinder optics also in the context of an imaging Procedure be used.
Besonders günstig ist es, wenn der Detektor als ein senkrecht zur Bewegungsrichtung der Probe ausgedehnter Zeilendetektor ist, bei dem eine Mehrzahl von benachbarten Detektorelementen als ein streifenförmiger Detektor-Auslesebereich definierbar sind. Da nämlich aufgrund der Zylinderoptik nur ein schmaler Streifen beleuchtet wird, kann auch der entsprechende Detektor-Auslesebereich als schmaler Streifen ausgebildet sein. Die Ausrichtung des Zeilendetektors ist vorzugsweise senkrecht zur Ausfallebene des Detektionslichts bzw., im Fall einer Umlenkoptik in der Detektionsanordnung, entsprechend angepasst.Especially Cheap it is when the detector as a perpendicular to the direction of movement the sample is extended line detector, wherein a plurality of adjacent detector elements as a strip-shaped detector readout area are definable. Because namely due to the cylinder optics only a narrow strip illuminated can also be the corresponding detector readout area as a narrow strip be educated. The orientation of the line detector is preferred perpendicular to the deflection plane of the detection light or, in the case of Deflection optics in the detection arrangement, adjusted accordingly.
Es ist allerdings auch möglich, den Detektor als Flächendetektor zu gestalten, von dem ein sich senkrecht zur Bewegungsrichtung der Probe erstreckender, streifenförmiger Bereich einstellbarer Breite oder einstellbarer Länge und Breite als Detektor-Auslesebereich definierbar ist. Für eine derartige Ausgestaltung ergeben sich wesentliche Erleichterungen hinsichtlich der Fokussierung des Systems sowie Vorteile bei der Flexibilität der Auswahl des Auslesebereichs. Zudem erhöht sich bei gleichzeitigem Auswerten mehrerer Zeilen die Empfindlichkeit des Systems durch eine entsprechend mögliche verlängerte Belichtungszeit.It but it is also possible the detector as area detector of which a perpendicular to the direction of movement of the Sample extending, strip-shaped Range of adjustable width or adjustable length and Width is defined as a detector readout range. For such Design results in significant relief regarding the focus of the system as well as advantages in the flexibility of the selection of the selection area. In addition, increased at simultaneous evaluation of several lines the sensitivity of the system by a correspondingly possible prolonged exposure time.
Günstiger Weise ist die Zylinderoptik derart angeordnet, dass das Beleuchtungslicht in der Probenebene eine Strahltaille aufweist. Dies ist insbesondere günstig, wenn als Quelle des Beleuchtungslichts ein Laserstrahl mit Gauß'schem Strahlprofil verwendet wir, da dann in der Probenebene eine im Wesentlichen ebene Wellenfront realisiert wird.better Way, the cylinder optics is arranged such that the illumination light has a beam waist in the sample plane. This is special Cheap, if a laser beam with Gaussian beam profile is used as the source of the illumination light we, then in the sample plane, a substantially flat wavefront is realized.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Beleuchtungsanordnung eine Lichtquelle sowie vor der Zylinderoptik angeordnete Strahlaufweitungsmittel zur Erzeugung eines aufgeweiteten, parallelen Lichtbündels aufweist. Beispielsweise kann als Lichtquelle ein Laser verwendet werden, dessen enger Strahl zunächst durch eine radialsymmetrische Strahlaufweitungsoptik in beide Dimensionen senkrecht zur Strahlrichtung aufgeweitet und anschließend durch die Zylinderoptik in einer dieser Dimensionen fokussiert wird, während die Aufweitung in der anderen Dimension erhalten bleibt. Es ist jedoch auch möglich, als Strahlaufweitungsmittel eine weitere Zylinderoptik zu verwenden, die den Strahl der Lichtquelle in nur einer Dimension aufweitet. Diese Aufweitung wird durch die fokussierende Zylinderoptik beibehalten, während senkrecht dazu die erfindungsgemäße Strahlverjüngung erfolgt. In diesem Fall hat die fokussierende Zylinderoptik vorzugsweise eine lange Brennweite.Preferably it is provided that the lighting arrangement is a light source and arranged in front of the cylinder optics beam expansion means for Producing an expanded, parallel light beam. For example can be used as a light source, a laser whose narrow beam first through a radially symmetric beam expansion optics in both dimensions expanded perpendicular to the beam direction and then through the Cylinder optics is focused in one of these dimensions, while the Expansion in the other dimension is preserved. However, it is also possible, as Beam widening means to use another cylinder optics which expands the beam of the light source in only one dimension. This expansion is maintained by the focusing cylinder optics while vertical for this purpose the beam rejuvenation according to the invention takes place. In this case, the focusing cylinder optics preferably a long focal length.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Beleuchtungsanordnung polarisationsbeeinflussende Lichtleitmittel, z.B. einen Polarisator und einen Kompensator, wie etwa ein Lambda-Viertel-Plättchen, auf, die zwischen den Strahlaufweitungsmitteln und der Zylinderoptik angeordnet sind. Auf diese Weise können die Polarisationseigenschaften des Beleuchtungslichts besonders präzise eingestellt werden, da nachträgliche Störungen der Polarisationseigenschaften durch die Strahlaufweitungsoptik ausgeschlossen sind. Andererseits müssen die polarisationsbeeinflussenden Elemente bei dieser Ausführungsform einen ausreichend großen Durchmesser aufweisen, um den aufgeweiteten Strahl passieren lassen zu können. Polarisatorkristalle großen Durchmessers sind jedoch relativ teuer.at an advantageous embodiment The invention has the illumination arrangement polarization-influencing Light guide, e.g. a polarizer and a compensator, like about a quarter-wave plate, on the between the beam expander and the cylinder optics are arranged. In this way, the polarization properties of the illumination light to be set very precisely because subsequent disorders the polarization properties by the beam expansion optics excluded are. On the other hand, the polarization-influencing Elements in this embodiment a sufficiently large diameter have to let pass through the expanded beam. Polarisatorkristalle huge Diameter are relatively expensive.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist daher vorgesehen, dass die Beleuchtungsanordnung polarisationsbeeinflussende Lichtleitmittel aufweist, die zwischen der Lichtquelle und den Strahlaufweitungsmitteln angeordnet sind. Diese müssen nur einen kleinen Durchmesser aufweisen und sind daher vergleichsweise billig. Die nachfolgende Strahlaufweitungsoptik sollte dann jedoch sehr sorgfältig ausgewählt werden, um die oben erwähnten Störungen der Polarisationseigenschaften zu minimieren.In an alternative embodiment Therefore, it is provided that the illumination arrangement comprises polarization-influencing light-conducting means which are arranged between the light source and the beam widening means. These need only have a small diameter and are therefore relatively cheap. However, the subsequent beam expansion optics should then be selected very carefully to minimize the above-mentioned polarization property perturbations.
Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung sowie den Zeichnungen, in denenFurther Features and advantages of the device according to the invention and of the method according to the invention result from the following specific description as well the drawings in which
Der
grundsätzliche
Aufbau eines Ellipsometers wurde anhand von
Wie
in
Insbesondere
beim Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer Qualitätssicherungsvorrichtung
mit visueller Überwachung
wird das Ergebnisbild
Natürlich sind die in den Figuren dargestellten und in dem speziellen Teil der Beschreibung erläuterten Ausführungsformen der Erfindung lediglich illustrative Beispiele. Insbesondere hinsichtlich der konkreten Abfolge von Mess- und Auswertungsschritten sowie der konkreten Auslegung der einzelnen Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat der Fachmann ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten zur Verfügung.Of course they are those shown in the figures and in the special part of Description explained embodiments the invention merely illustrative examples. In particular with regard to the concrete sequence of measurement and evaluation steps and the concrete design of the individual components of the device according to the invention the expert has a wide range of possible variations to disposal.
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