DE102005035552A1

DE102005035552A1 - Vorrichtung zur Erzeugung einer strukturierten Dunkelfeldbeleuchtung für mikroskopische Anordnungen

Info

Publication number: DE102005035552A1
Application number: DE200510035552
Authority: DE
Inventors: Norbert Czarnetzki
Original assignee: Carl Zeiss SMS GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMS GmbH
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2007-02-01

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Untersuchung strukturierter Oberflächen, insbesondere photolithografischer Masken, mit Hilfe von Dunkelfeldbildern. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung einer strukturierten Dunkelfeldbeleuchtung für mikroskopische Anordnungen besteht aus einer Steuer- und Auswerteeinheit, einem Beleuchtungsstrahlengang (1) und einem Abbildungsstrahlengang (2), mit einem optischen System zur Abbildung des zu untersuchenden Objektes (5) auf einer Bildaufnahmevorrichtung (4). Hierbei sind im Beleuchtungsstrahlengang (1) eine Blende (7) mit mindestens einer Öffnung sowie eine strukturierte Blende (8), zur Erzeugung mindestens eines strukturierten Beleuchtungsstrahles und im Abbildungsstrahlengang (2) ein Strahlteiler (9), zur Einkopplung mindestens eines strukturierten Beleuchtungsstrahles und eine, zur Blende (7) im Beleuchtungsstrahlengang inverse Blende (10), zur Ausblendung des vom Objekt (5) reflektierten strukturierten Beleuchtungsstrahles angeordnet. DOLLAR A Es wird eine Lösung vorgeschlagen, die im Gegensatz zum klassischen Dunkelfeldverfahren keine speziellen Dunkelfeldobjektive benötigt. Der Dunkelfeldeffekt wird durch Eingriffe in der Leuchtpupille und der Austrittspupille des Systems generiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Untersuchung strukturierter Oberflächen, insbesondere photolithografischer Masken, mit Hilfe von Dunkelfeldbildern. Die von einem Beobachtungsobjekt erzeugten Dunkelfeldbilder werden zum effektiven Informationsgewinn an Beobachtungsobjekten genutzt, um einen empfindlichen, kontrastreichen und schnellen Nachweis von Fehlern am Beobachtungsobjekt zu erreichen.
Da optische Dunkelfeldverfahren, die auf die essentielle Ausnutzung von Streueigenschaften der Materie zurückgehen, seit längerem bekannt sind, finden diese im Stand der Technik eine breite Anwendung.
Die allgemeine, optische Wirkung von Dunkelfeld-Beleuchtungen besteht in der zeitgleichen Einkopplung einer Beleuchtungsquelle mit identischer oder verschiedener spektraler Charakteristik zur konfokalen bzw. Hellfeld-Leuchtquelle, wobei das Einkoppeln der Beleuchtung neutral oder polarisationsoptisch sensitiv erfolgen kann.
Das Auskoppeln der Dunkelfeld-Bilder erfolgt wie bislang bekannt durch die Einkoppelteiler hindurch und ermöglicht durch einen weiteren, nachgeschalteten dichroitischen Teiler die Separation in 2 Bildkanäle, wie beispielsweise einen konfokalen und einen Dunkelfeld-Kanal des identischen Objektausschnittes.
Optische Dunkelfeldverfahren bauen auf die Streueigenschaften erhabener Partikel bzw. hervorstehender Körperflächen eines Beobachtungsobjektes auf und sind in der technischen Optik schon länger bekannt und angewendet worden, wobei für mikroskopische Dunkelfeldbeobachtung besondere, komplizierte Dunkelfeldobjektive erforderlich sind.
Die besonderen Vorteile des Dunkelfeld-Verfahrens sind dessen Detektivität auf kleinste Störungen und Partikel des Beobachtungsobjektes, die selbst unterhalb der Auflösungsgrenze liegen können, sowie die Flanken- und Kantenbetonung des Dunkelfeldbildes eines Objektes unter Dunkelfeldbeleuchtung.

Während gemäß DE 20 21 784 die Einkopplung des Dunkelfeldes mit einem Ringspiegel, geometrisch außerhalb des abbildenden Hellfeldbündels, vorgenommen wird, beansprucht DE 23 31 750 eine aufwendige Anordnung, die eine wechselweise, schaltbare Nutzungsmöglichkeit von Hell- und Dunkelfeld durch neutrale optische Einkopplung der Beleuchtungskanäle und zusätzlich die Formung eines ringförmigen Dunkelfeldkanals mit einem Ellipsoidspiegel ermöglicht.

Beispielsweise sieht US 6,366,690 die Nutzung von Streumessanordnungen zur Detektion von Partikel- oder Kratzerdefekten auf strukturierten Wafern vor. Obwohl diese Anordnungen nicht bildgebend sind, können Defekte lokal zuordnet werden, da die Streuindikatrix eines Quellpunktes oder einer Quelllinie gemessen wird und der Wafer darunter hindurch gescannt wird.

Im US 4,585,315 wird die schalt- und wechselbare Nutzung von Hell- und Dunkelfeldkanal mit verschiedenen Leuchtquellen beansprucht, wobei eine verschiebbare AXICON-Treppenspiegel-Anordnung verwendet wird.

Es hat sich gezeigt, dass die zwei genannten Verfahren für Inspektionsaufgaben im Bereich der Halbleiterindustrie, insbesondere im Hinblick auf das exponentielle Wachstum der Branche und den gewachsenen Ansprüchen zur Qualität der optische Inspektion im Herstellungsprozess der Wafer und dessen rasanter Strukturverkleinerung, am besten geeignet sind. Entsprechend ausgebildete Mikroskope unter Implementierung beider Verfahren sind für automatische als auch manuelle Inspektionsverfahren speziell für die Halbleiterindustrie konstruiert worden. Obwohl beide Verfahren in einem Inspektionsgerät implementiert worden sind, wurden diese im allgemeinen separat angewendet.

US 6,078,386 und US 6,288,780 beschreiben jedoch spezielle Lösungen zur Hellfeld- und Dunkelfeldbeobachtung in einer Anordnung, wobei diese auch gleichzeitig zur Beobachtung auch identischer Objektbereiche genutzt werden. Ziel ist hierbei die Verbesserung der Fehler-Detektivität und bildanalytische Trennung von Objektfehlern, bzw. das Finden von ernsten Bauabweichung auf einem Wafer. Beansprucht werden weiter die Verknüpfung von geometrisch zuordenbaren „baugleichen" Dunkel- mit Dunkelfeldbildern sowie Hell- mit entsprechenden Hellfeldbildern. Dazu werden gleichzeitig mehrere spektral unterschiedliche Lichtquellen und denen zugeordnete Empfänger eingesetzt.

Auch in US 5,917,588 werden gleichzeitig mehrere, spektral identische Lichtquellen für die Ausleuchtung von Hell- und Dunkelfeld genutzt, wobei jedoch räumlich unterschiedliche Bereiche des Wafers mit dem Hell- und Dunkelfeldverfahren beleuchtet und auf zwei entsprechend räumlich versetzte Zeilenempfänger abgebildet. Die Auswertung für gleiche Ortsbereiche erfolgt hierbei unter Beachtung zeitlich/räumlicher Verzögerungen der verknüpfbaren Hell- oder Dunkelfeld-Bilder, da beide Bildtypen vom gleichen Ortsbereich zeitlich nacheinander entstehen.

In DE 199 03 486 wird eine optische Anordnung zur Makro-Inspektion beschrieben, bei der zur Erzeugung identischer Beobachtungsszenen eine Echtzeit-Verknüpfung von klassisch erzeugten Hell- und Dunkelfeldbildern erfolgt. Hierbei werden „optische Kennungen" wie polarisationsoptische oder spektrale Eigenschaften in der Beleuchtung benutzt, um die erzeugten Hell- und Dunkelfeldbilder auf einem Flächendetektor zu separieren.

Auch bei der in US 5,777,729 beschriebenen Lösung werden Hell- und Dunkelfeldbilder mit geringer Pixel-Auflösung erzeugt und verrechnet. Es besteht allerdings ein Unterschied in der Anzahl und der Entstehungsart der Hell- und Dunkelfeldbilder. Diese entstehen hierbei unter Anwendung schneller Bildeinzugstechniken und verschiedener Beleuchtungswinkel durch Mehrfachbelich tung des kompletten Wafers. Zweck ist die bildanalytische Separation von Fehlern im Beobachtungsobjekt zur automatischen 100% Detektion von Makrofehlern im optisch-lithographischen Strukturierungszyklus einer Halbleiterfabrik.

Unter Anwendung verschiedener subtraktiver Bildmischtechniken wird gemäß der DE 198 24 460 von zwei verschiedenartig erzeugten Konfokalbildern eines identischen, meist sehr kleinen Beobachtungsfeldes ein hinsichtlich Kontrast und Auflösung verbessertes Gesamtbild erzeugt. Eine bildanalytische Zerlegung von Bildinformationen zum Zweck der Fehlerdetektion wird nicht durchgeführt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur optischen Inspektion zu schaffen, mit dem eine schnelle und effiziente Analyse eines Beobachtungsobjektes möglich ist. Mit dem Verfahren soll eine optische Detektion von Partikeln und Objektstörungen unterhalb der Auflösungsgrenze für Auflichtbeobachtung analoger Wellenlängen und Aperturen erreicht werden, wobei der Einfluss unvermeidbarer optischer Abbildungsfehler minimiert werden sollen. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, eine sogenannte „strukturierte Dunkelfeldbeleuchtung" für die optische Inspektion einzusetzen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Unter Detektivität wird hier die optisch-bildtechnische Indikation von Abweichungen des Objekt-Abbildes vom „Normalzustand des Objektes ohne Fehler" verstanden.

Für die weitere Beschreibung wird folgendes definiert: Auf einem Retikel mit mindestens zwei identischen Chips (Die) oder auf einer 1:1-Maske können jeweils zwei Chips (Die's) miteinander verglichen werden. Dabei werden stochastische Defekte, wie beispielsweise Partikel, Entwickler, Ätzmittel oder Rei niger als Unterschiede erkannt. Die „Die to Die"-Inspektion ist ein gut automatisierbares Verfahren.

Im Gegensatz dazu spricht man von „Die to Data"-Inspektion, wenn ein Chip (Die's) auf einem Retikel mit den Entwurfsdaten verglichen wird. Hierbei handelt es sich um ein aufwendiges aber auch leistungsfähigeres Verfahren.

Bei stark periodischen Objektstrukturen ist es zweckmäßig, den Vergleich von Abbildern an den definierten Fehlerstellen als „Cell-to-Cell"-Vergleich durchzuführen. Bei diesem, auf Selbstähnlichkeit des Beobachtungsobjektes beruhende Vorgehen werden nur Teile eines Chips (Die's) des Retikels miteinander verglichen. Dieses Verfahren gestattet auch strukturelle Fehler im Inspektionsobjekt zu analysieren.

Neben den klassischen Dunkelfeldverfahren stellt das Verfahren mit einer "strukturierten Dunkelfeldbeleuchtung" ein neues, eigenständiges Dunkelfeldverfahren dar.

Die entscheidenden optischen Voraussetzungen des Verfahrens besteht in der hohen optischen Detektion von Partikeln und Objektstörungen unterhalb der Auflösungsgrenze. Es entstehen Bilder mit Dunkelfeldmerkmalen, die mehr reale Fehlerinformationen gleichzeitig enthalten als herkömmliche Bilder. Dies ist Voraussetzung für einen effektivierten Analyseprozess.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dazu zeigen
1: eine einstufige Anordnung zur Erzeugung eines strukturierten Dunkelfeldes mit Duopolbeleuchtung,
2: eine einstufige Anordnung zur Erzeugung eines strukturierten Dunkelfeldes mit Monopolbeleuchtung,
3: eine mehrstufige Anordnung zur Erzeugung eines strukturierten Dunkelfeldes mit Monopolbeleuchtung und
4: eine mehrstufige Anordnung zur Erzeugung eine strukturierten Dunkelfeld- und einer konfokalen Beleuchtung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung einer strukturierten Dunkelfeldbeleuchtung für mikroskopische Anordnungen besteht aus einer Steuer- und Auswerteeinheit, einem Beleuchtungsstrahlengang und einem Abbildungsstrahlengang, mit einem optischen System zur Abbildung des zu untersuchenden Objektes auf einer Bildaufnahmevorrichtung. Hierbei sind im Beleuchtungsstrahlengang eine Blende mit mindestens einer Öffnung sowie eine strukturierte Blende, zur Erzeugung mindestens eines strukturierten Beleuchtungsstrahles und im Abbildungsstrahlengang ein Strahlteiler, zur Einkopplung mindestens eines strukturierten Beleuchtungsstrahles und eine, zur Blende im Beleuchtungsstrahlengang inverse Blende, zur Ausblendung des vom Objekt reflektierten strukturierten Beleuchtungsstrahles angeordnet.
Die zur Erzeugung mindestens eines strukturierten Beleuchtungsstrahles im Abbildungsstrahlengang vorhandene strukturierte Blende kann hierbei auch als diffraktives optisches Element (DOE) ausgeführt sein.
Optisch wird die Einkopplung des strukturierten Dunkelfeldes auch in der Nähe der Eintrittspupille des Primärtubus vorgenommen. Im Gegensatz zum klassischen Dunkelfeld erfolgt die Einkopplung jedoch innerhalb der normalen Apertur. Die Einkopplung des strukturierten Dunkelfeldes kann hierbei sowohl spektral neutral als auch polarisationsoptisch sensitiv erfolgen. Voraussetzung für die optische Realisierung ist im Dunkelfeldzweig eine vorgelagerte Beleuchtungspupille, die im Allgemeinen in vielen Geräten, insbesondere Mikroskopen vorhanden ist.
In dieser Beleuchtungspupille wird der entscheidende Pupilleneingriff vorgenommen, indem die Strukturierung der Leuchtquelle in eine sogenannte "Monopol"- oder "Duopol"-Leuchtquelle erfolgt. Im technischen Sprachgebrauch haben sich Begriffe wie "Dipolbeleuchtung" oder "Quadrupolbeleuchtung" eingebürgert, die eine bestimmte Strukturierung der Leuchtquelle speziell im Gebrauch bei Steppern charakterisieren. Sie beschreiben die Formierung von dipolartigen oder quadrupolartigen Formierungen des Leuchtquellenbildes. Was im Einzelnen durch Zusatzblenden, wie beispielsweise zwei bzw. vier kreisförmige Blenden als Sub-Pupille oder diffraktiv-optische Elemente erfolgt.
Die hier geprägten Begriffe "Monopol" und "Duopol" bedeuten, in Anlehnung an das Vorgehen bei Steppern, die Reduzierung des Pupilleneingriffs auf die Hälfte der Elemente der Strukturpaare, d. h. beim Fall Dipol auf ein Seitenband, beim Fall Duopol auf zwei Seitenbänder. Die zweite Hälfte des strukturierten Dunkelfeldes basiert nun auf einem weiteren Eingriff nämlich in der Austrittspupille des abbildenden Systems. Dort werden entsprechend der Abbildungssituation an der konjugierten Stelle in der Austrittspupille inverse Blenden in Form von ein oder zwei Kreisblenden gesetzt, welche jeweils die 0.-te Ordnung des Leuchtquellenbildes ausblendet.
Damit wird durch die Austrittspupille größtenteils nur das von Objektstrukturen gebeugte Licht ungestört hindurchgeleitet und das resultierende Bild ist als Dunkelfeldbild zu interpretieren.
Dazu zeigt 1 einen typischen Aufbau einer einstufige Anordnung zur Erzeugung eines strukturierten Dunkelfeldes mit Duopolbeleuchtung. Ausgehend von der im Beleuchtungsstrahlengang 1 angeordneten Beleuchtungsquelle 6, deren Spektrum innerhalb des korrigierten Bereiches des Abbildungsobjektives 3 frei wählbar ist, erfolgt die Einkopplung der Beleuchtung des strukturierten Dunkelfeldes in der Nähe der Eintrittspupille des Primärtubus des im Abbildungsstrahlengang 2 angeordneten Abbildungsobjektives 3.
Zur Erzeugung zweier strukturierter Beleuchtungsstrahlen ist in der Pupillenebene (Lichtpupille) des Beleuchtungsstrahlenganges 1 eine Blende 7 mit zwei lichtdurchlässige Öffnungen sowie eine strukturierte Blende 8 angeordnet. Die zur Erzeugung einer Duopolbeleuchtung vorhandene Blende 7 weist, vorzugsweise runde Öffnungen 7' auf, die am äußeren Rand der Apertur, nicht spiegelsymmetrisch zur optischen Achse, angeordnet sind.
Die Einkopplung der beiden, so erzeugten strukturierten Beleuchtungsbündel erfolgt hierbei über einen spektral neutralen Strahlteiler 9, der bei einem Einstrahlwinkel von 45° beispielsweise ein Teilungsverhältnis von 50:50 aufweist. Insbesondere kann hierfür ein entsprechender teildurchlässiger, spektral neutralen Spiegel verwendet werden.
Die zwei strukturierten Beleuchtungsbündel bilden in der Eintrittspupille des Abbildungsobjektives, spiegelbildlich zur Leuchtpupille zwei leuchtende Subpupillen, passieren die Eintrittspupille und erzeugen eine schräg strukturierte Beleuchtung des Objektes 5.
Durch die telezentrische Wirkung des Abbildungsobjektive 3 werden die beiden strukturierten Beleuchtungsbündel schräg reflektiert und bilden in dessen Austrittspupille spiegelbildliche Subpupillen. Zur Ausblendung dieser vom Objekt 5 reflektierten, strukturierten Beleuchtungsstrahles ist eine Blende 10 angeordnet, die zur Blende 7 im Beleuchtungsstrahlengang 1 invers ausgebildet ist. Die im Beobachtungsstrahlengang 2 angeordnete inverse Blende 10 ist dabei so bemessen, dass die vom Objekt 5 reflektierten, strukturierten Beleuchtungsstrahlen ausgeblendet oder zumindest abgeschwächt werden. Dazu weist die Blende 10 entsprechende lichtundurchlässige Bereiche 10' auf, die im einfachsten Fall als verspiegelte Flächen ausgeführt sind. Es können dadurch nur Lichtanteile, die vom Objekt 5 gebeugt wurden durch die Austrittspupille hindurchtreten und zur dunkelfeldartigen Bildentstehung auf der Bildaufnahmevorrichtung 4 beitragen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Einkopplung des Dunkelfeldkanales in der Nähe der Eintrittspupille des Abbildungsobjektivs mit einem 45°-Vollflächenspiegel, der polarisationsoptische Teilungseigenschaften (S und P) aufweist, in Verbindung mit geeigneten λ/4- Platten.
Es ist möglich zur Erzeugung eines strukturierten Beleuchtungsstrahles in der Pupillenebene (Lichtpupille) des Beleuchtungsstrahlenganges eine Blende mit einer lichtdurchlässige Öffnung sowie eine strukturierte Blende anzuordnen, wobei deren vorzugsweise runde Öffnung am äußeren Rand der Apertur angeordnet ist. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird allerdings das im Beleuchtungsstrahlengang angeordnete, als strukturierte Blende dienende, diffraktives optisches Element (DOE) so ausgeführt, dass mindestens ein strukturierter Beleuchtungsstrahl erzeugt wird und auf eine Blende mit mindestens einer Öffnung verzichtet werden kann. Das DOE dient somit der Generierung einer einseitigen, z. B. kreisförmigen Leuchtstruktur in der Eintrittspupille des Abbildungsobjektivs.
2 zeigt dazu eine einstufige Anordnung zur Erzeugung eines strukturierten Dunkelfeldes mit Monopolbeleuchtung. Ausgehend von der im Beleuchtungsstrahlengang 1 angeordneten Beleuchtungsquelle 6, deren Spektrum innerhalb des korrigierten Bereiches des Abbildungsobjektivs 3 frei wählbar ist. Die Einkopplung der Beleuchtung des strukturierten Dunkelfeldes in den Abbildungsstrahlengang 2 erfolgt über einen polarisationsoptisch sensitiven Strahlteiler 9 und geeignete λ/4- Platten 13 zur Drehung der Polarisationsebene, wobei diese Art der Einkopplung zwar aufwendige aber effektiver ist.
Zur Erzeugung eines strukturierten Beleuchtungsstrahles ist in der Pupillenebene (Lichtpupille) des Beleuchtungsstrahlenganges 1 eine diffraktiv optisches Element 12 angeordnet.
Der polarisationsoptische Strahlteiler 9 ist in dieser Variante mit einer Polarisationsteilerschicht, bevorzugt mit S- Polarisierung bei 45°- Einfallswinkel, ver spiegelt. Damit der energetische Vorteil dieser Variante, mit theoretisch 100% mehr Licht als bei Verwendung eines neutralen Strahlteilers, zum Tragen kommt, muss eine λ/4- Platte 13 eingesetzt werden.
Zur Ausblendung dieses vom Objekt 5 reflektierten, strukturierten Beleuchtungsstrahles ist eine Blende 10 angeordnet, die so bemessen ist, dass der vom Objekt 5 reflektierte, strukturierte Beleuchtungsstrahl ausgeblendet oder zumindest abgeschwächt wird. Dazu weist die Blende 10 eine entsprechend lichtundurchlässige Bereich 10' auf, der im einfachsten Fall als verspiegelte Fläche ausgeführt ist. Es können dadurch nur Lichtanteile, die vom Objekt gebeugt wurden durch die Austrittspupille hindurchtreten und zur dunkelfeldartigen Bildentstehung auf der Bildaufnahmevorrichtung 4 beitragen.
Dieses wird über den polarisationsoptisch sensitiven Strahlteiler und geeignete λ/4-Platten in den Abbildungsstrahlengang eingespiegelt und erzeugt eine schräge strukturierte Beleuchtung des Objektes. Da das Objektiv bekanntermaßen telezentrisch arbeitet, wird das Monopol-Bündel schräg reflektiert und bildet in dessen Austrittspupille eine spiegelbildliche Subpupille.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung einer strukturierten Dunkelfeldbeleuchtung für mikroskopische Anordnungen, kann das zur Abbildung des zu untersuchenden Objektes vorhandene optische System sowohl ein- oder auch mehrstufig ausgeführt sein.
Dabei kann in den mehrstufigen Anordnungen, die bei den klassischen Mikroskopen typischer sind, das Prinzip der strukturierten Dunkelfeldbeleuchtung sehr flexibel eingesetzt werden. Auch hier wird bevorzugt die Beleuchtung des Dunkelfeldes optische in der Nähe der Eintrittspupille des Primärtubus vorgenommen. Wiederum erfolgt ein erster Eingriff in der Leucht-Pupille, zur Strukturierung der Leuchtquelle in eine "Monopol"- oder "Duopol"-Beleuchtung und ein zweiter Eingriff in der Austrittspupille, zur Gewährleistung eines Dunkelbildes des Objektes.
Auch hier ist es möglich zur Erzeugung eines strukturierten Beleuchtungsstrahles in der Pupillenebene (Lichtpupille) des Beleuchtungsstrahlenganges eine Blende mit einer lichtdurchlässigen Öffnung sowie eine strukturierte Blende oder aber ein als strukturierte Blende dienendes, diffraktives optisches Element (DOE) anzuordnen. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird das im Beleuchtungsstrahlengang angeordnete, als strukturierte Blende dienende, diffraktives optisches Element (DOE) so ausgeführt, dass mindestens ein strukturierter Beleuchtungsstrahl erzeugt wird und auf eine Blende mit mindestens einer Öffnung verzichtet werden kann. Das DOE dient somit der Generierung einer einseitigen, z. B. kreisförmigen Leuchtstruktur in der Eintrittspupille des Abbildungsobjektivs.
3 zeigt hierzu eine zweistufige, sehr effektive Anordnung zur Erzeugung eines strukturierten Dunkelfeldes mit Monopolbeleuchtung, deren Spektrum innerhalb des korrigierten Bereiches des zweistufigen Abbildungsobjektivs 3.1 und 3.2 frei wählbar ist. Ausgehend von der im Beleuchtungsstrahlengang 1 angeordneten Beleuchtungsquelle 6 erfolgt die Einkopplung der Beleuchtung des strukturierten Dunkelfeldes in der Nähe der Eintrittspupille des Primärtubus der ersten Stufe des im Abbildungsstrahlengang 2 angeordneten Abbildungsobjektivs 3.1.
Zur Erzeugung eines strukturierten Beleuchtungsstrahles ist in der Pupillenebene (Lichtpupille) des Beleuchtungsstrahlenganges 1 eine diffraktiv optisches Element 12 angeordnet.
Die Einkopplung des so erzeugten strukturierten Beleuchtungsbündels erfolgt hierbei über einen polarisationsoptischen Strahlteiler 9, der bei einem Einstrahlwinkel von 45° beispielsweise ein Teilungsverhältnis von 50:50 aufweist. Insbesondere kann hierfür ein entsprechender teildurchlässiger, spektral neutraler Spiegel verwendet werden.
Der polarisationsoptische Strahlteiler 9 ist in dieser Variante mit einer Polarisationsteilerschicht, bevorzugt mit S- Polarisierung bei 45°- Einfallswinkel, verspiegelt. Damit der energetische Vorteil dieser Variante, mit theoretisch 100% mehr Licht als bei Verwendung eines neutralen Strahlteilers, zum Tragen kommt, muss eine λ/4- Platte 13 eingesetzt werden. Der polarisationsoptische Strahlteiler 9 ist in dieser Variante mit einer Polarisationsteilerschicht, bevorzugt mit S- Polarisierung bei 45°- Einfallswinkel, verspiegelt.
Die für das spektrale Dunkelfeldband ausgelegte λ/4- Platte 13 wandelt beim ersten Durchgang das Dunkelfeldlicht in zirkular polarisiertes Beleuchtungslicht. Nach der Reflexion wird beim zweiten Durchgang P- polarisiertes Licht erzeugt, was den Dunkelfeldkanal ungeschwächt passiert, so das hierdurch theoretisch mehr gewonnene Licht wird, vollständig für den Dunkelfeldkanal genutzt. Die λ/4- Platten 13 sollen hierbei eine möglichst breitbandiger Wirkung aufweisen und möglichst nahe am Objekt 5 angeordnet sein, um Falschlicht möglichst effizient unterdrücken zu können.
Im Gegensatz zu den einstufigen Varianten erfolgt die Ausblendung des vom Objekt 5 reflektierten, strukturierten Beleuchtungsstrahles bei mehrstufigen Anordnungen erst in der Austrittspupille der zweiten Stufe des Abbildungsobjektivs 3.2. Dazu wird in dessen Austrittspupille eine Blende 10 angeordnet, die so bemessen ist, dass der vom Objekt 5 reflektierte, strukturierte Beleuchtungsstrahl ausgeblendet oder zumindest abgeschwächt wird. Dazu weist die Blende 10 einen entsprechend lichtundurchlässigen Bereich 10' auf, der im einfachsten Fall als verspiegelte Fläche ausgeführt ist. Bei mehrstufigen Anordnungen sind im Allgemeinen auch die Anpassungen der Maßstäbe der Pupillenabbildungen zu beachten und die Bilder der Leuchtquellen in gemeinsam genutzten Pupillen anzugleichen. Es können dadurch nur Lichtanteile, die vom Objekt gebeugt wurden durch die Austrittspupille hindurchtreten und zur dunkelfeldartigen Bildentstehung auf der Bildaufnahmevorrichtung 4 beitragen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die, zur Ausblendung der vom Objekt reflektierten strukturierten Beleuchtungsstrahlen im Abbildungsstrahlengang angeordnete Blende, so ausgebildet, dass sich diese auf einem vorhandenen optischen Element befindet. Im einfachsten Fall handelt es sich dabei um elliptisch geformte verspiegelte Flächen, beispielsweise auf der Linse des Abbildungsobjektivs.
Für mikroskopische Anwendungen ist es weiterhin von Vorteil, dass mehrere Beleuchtungsvarianten miteinander kombiniert werden können. Die vorgeschlagene Vorrichtung sieht vor, dass ein zweiter vorhandener Beleuchtungsstrahlengang, zur Realisierung einer konfokalen oder Hellfeldbeleuchtung vorhanden ist, wobei die Beleuchtungsstrahlengänge einzeln oder gleichzeitig zur Beleuchtung des Objektes genutzt werden kann.
Hierzu zeigt 4 eine zweistufige Anordnung zur Erzeugung einer strukturierten Dunkelfeld- und einer konfokalen Beleuchtung.
Ausgehend von der im Beleuchtungsstrahlengang 1 angeordneten ersten Beleuchtungsquelle 6, deren Spektrum innerhalb des korrigierten Bereiches des zweistufigen Abbildungsobjektivs 3.1 und 3.2 frei wählbar ist, erfolgt die Einkopplung der Beleuchtung des strukturierten Dunkelfeldes als Duopolbeleuchtung in der Nähe der Eintrittspupille des Primärtubus der ersten Stufe des im Abbildungsstrahlengang 2 angeordneten Abbildungsobjektivs 3.1.
Zur Erzeugung zweier strukturierter Beleuchtungsstrahlen ist in der Pupillenebene (Lichtpupille) des Beleuchtungsstrahlenganges 1 eine Blende 7 mit zwei lichtdurchlässige Öffnungen sowie eine strukturierte Blende 8 angeordnet. Die zur Erzeugung einer Duopolbeleuchtung vorhandene Blende 7 weist, vorzugsweise runde Öffnungen 7' auf, die am äußeren Rand der Apertur, nicht spiegelsymmetrisch zur optischen Achse, angeordnet sind.
Die Einkopplung der beiden, so erzeugten strukturierten Beleuchtungsbündel erfolgt hierbei über einen spektral neutralen Strahlteiler 9, der bei einem Einstrahlwinkel von 45° beispielsweise ein Teilungsverhältnis von 50:50 aufweist. Insbesondere kann hierfür ein entsprechender teildurchlässiger, spektral neutraler Spiegel verwendet werden.
Die zwei strukturierten Beleuchtungsbündel bilden in der Eintrittspupille des Abbildungsobjektivs, spiegelbildlich zur Leuchtpupille zwei leuchtende Subpupillen, passieren die Eintrittspupille und erzeugen eine schräg strukturierte Beleuchtung des Objektes 5.
Durch die telezentrische Wirkung des Abbildungsobjektivs 3 werden die beiden strukturierten Beleuchtungsbündel schräg reflektiert und bilden in dessen Austrittspupille spiegelbildliche Subpupillen.
Im Gegensatz zu den einstufigen Varianten erfolgt auch hier die Ausblendung des vom Objekt 5 reflektierten, strukturierten Beleuchtungsstrahles bei mehrstufigen Anordnungen erst in der Austrittspupille der zweiten Stufe des Abbildungsobjektivs 3.2.
Zur Ausblendung dieser vom Objekt 5 reflektierten, strukturierten Beleuchtungsstrahles ist eine Blende 10 angeordnet, die zur Blende 7 im Beleuchtungsstrahlengang 1 invers ausgebildet ist. Die im Beobachtungsstrahlengang 2 angeordnete inverse Blende 10 ist dabei so bemessen, dass die vom Objekt 5 reflektierten, strukturierten Beleuchtungsstrahlen ausgeblendet oder zumindest abgeschwächt werden. Dazu weist die Blende 10 entsprechende lichtundurchlässige Bereiche 10' auf, die im einfachsten Fall als verspiegelte Flächen ausgeführt sind. Es können dadurch nur Lichtanteile, die vom Objekt 5 gebeugt wurden durch die Austrittspupille hindurchtreten und zur dunkelfeldartigen Bildentstehung auf der Bildaufnahmevorrichtung 4 beitragen.
Ausgehend von der im Beleuchtungsstrahlengang 14 angeordneten zweiten Beleuchtungsquelle 15, deren Spektrum innerhalb des korrigierten Bereiches des zweistufigen Abbildungsobjektivs 3.1 und 3.2 frei wählbar ist, erfolgt die Einkopplung der konfokalen Beleuchtung vorzugsweise zwischen den beiden Stufen des im Abbildungsstrahlengang 2 angeordneten Abbildungsobjektivs 3.1 und 3.2 über einen rhombuedrisch geschnittenen Strahlteilerwürfel 16 gemäß DE 195 11 937 , der nicht explizit zeichnerisch dargestellt ist.
Sowohl der Strahlteiler 9 für die strukturierte Dunkelfeldbeleuchtung als auch der Strahlteilerwürfel 16 für die konfokale Beleuchtung sind hierbei spektral neutral und vorzugsweise mit einem Teilungsverhältnis von 50:50 aufweist. Insbesondere kann hierfür ein entsprechender teildurchlässiger, spektral neutraler Spiegel verwendet werden.
Im Beleuchtungsstrahlengang 14 des konfokalen Beleuchtungszweiges kann beispielsweise eine rotierende Nipkowscheibe 17 angeordnet sein.
Eine Besonderheit dieser Variante besteht darin, dass der Dunkelfeldkanal durch die Nipkowscheibe 17 zusätzlich abgeschwächt wird. Um dieses lichttechnische Missverhältnis der beiden Bildkanäle auszugleichen muss die zweite, konfokale Beleuchtungsquelle 15 entweder entsprechend geschwächt, eine sehr lichtstarke erste Beleuchtungsquelle 6 für Dunkelfeldbeleuchtung oder eine für die Dunkelfeldbeleuchtung sehr empfindliche Bildaufnahmevorrichtung 4 verwendet werden.
Im Abbildungsstrahlengang 2 kann zur separaten Auswertung der Abbildungen bei strukturierter Dunkelfeld- und konfokaler Beleuchtung auch eine zweite Bildaufnahmevorrichtungen 18 angeordnet sein. Dies ist davon abhängig, ob die Abbilder addiert und oder separat weiterverarbeitet werden sollen.
Bei der nicht dargestellten additiven Variante werden beide Abbilder des Objektes 5 auf einer Bildaufnahmevorrichtung 4 abgebildet, pixelweise addiert und als ganzes weiterverarbeitet.
Bei der dargestellten Variante werden die Abbilder bei strukturierter Dunkelfeld- und konfokaler Beleuchtung auf jeweils eine Bildaufnahmevorrichtung 4 und 18 abgebildet und separat weiterverarbeitet. Dazu ist im Abbildungsstrahlengang 2 vor den Bildaufnahmevorrichtungen 4 und 18 ein spektralselektiver Strahlteiler 19 zur Aufteilung der beiden Strahlengänge angeordnet.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung einer strukturierten Dunkelfeldbeleuchtung für mikroskopische Anordnungen, wird eine Lösung vorgeschlagen, die im Gegensatz zum klassischen Dunkelfeldverfahren keine speziellen Dunkelfeldobjektive benötigt. Der Dunkelfeldeffekt wird durch Eingriffe in der Leuchtpupille und der Austrittspupille des Systems generiert. Folglich sind die Beleuchtungswinkel des Verfahrens maximal auf die Apertur des benutzten Objektivsystems beschränkt. Weiterhin ist die Hauptanwendung besonders in der Auflichtbeleuchtung zu sehen.
Die Nutzung des Verfahrens ist hier vorrangig auf Rechteckgeometrien der Beobachtungsobjekte, sogenannte „Manhatten-Geometrien zugeschnitten. Auf Grund der natürlichen Eigenarten von hochintegrierten Halbleiterbauelementen, speziell im „Wafer-Stadium", ist das für deren optische Inspektion jedoch nicht unbedingt ein Nachteil.
In den Ausführungsformen werden sowohl einstufige als auch mehrstufige optische Tuben benutzt, womit verschiedene Dunkelfeldkombinationen erzeugt werden können.

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung einer strukturierten Dunkelfeldbeleuchtung für mikroskopische Anordnungen, bestehend aus einer Steuer- und Auswerteeinheit, einem Beleuchtungsstrahlengang (1) und einem Abbildungsstrahlengang (2), mit einem optischen System zur Abbildung des zu untersuchenden Objektes (5) auf einer Bildaufnahmevorrichtung (4), bei der im Beleuchtungsstrahlengang (1) eine Beleuchtungsquelle (6), eine Blende (7) mit mindestens einer Öffnung sowie eine strukturierte Blende (8), zur Erzeugung mindestens eines strukturierten Beleuchtungsstrahles und im Abbildungsstrahlengang (2) ein Strahlteiler (9), zur Einkopplung mindestens eines strukturierten Beleuchtungsstrahles und eine, zur Blende (7) im Beleuchtungsstrahlengang inverse Blende (10), zur Ausblendung des vom Objekt (5) reflektierten strukturierten Beleuchtungsstrahles angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die im Beleuchtungsstrahlengang (1) angeordnete Blende (7) eine Öffnung (7'), zur Erzeugung einer Monopolbeleuchtung aufweist, wobei die vorzugsweise runde Öffnung am äußeren Rand der Apertur angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die im Beleuchtungsstrahlengang (1) angeordnete Blende (7) zwei Öffnungen (7'), zur Erzeugung einer Duopolbeleuchtung aufweist, wobei die vorzugsweise runden Öffnungen am äußeren Rand der Apertur, nicht spiegelsymmetrisch zur optischen Achse, angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die im Beleuchtungsstrahlengang (1) angeordnete strukturierte Blende (8) als diffraktives optisches Element (DOE) ausgeführt ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der das im Beleuchtungsstrahlengang (1) angeordnete, als strukturierte Blende (8) dienende, diffraktives optisches Element (DOE) so ausgeführt ist, dass mindestens ein strukturierter Beleuchtungsstrahl erzeugt wird und auf eine Blende (7) verzichtet werden kann.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der der Strahlteiler (9), zur Einkopplung mindestens eines strukturierten Beleuchtungsstrahles, spektral neutral oder polarisationsoptisch sensitiv ausgebildet ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der die im Abbildungsstrahlengang (2) angeordnete inverse Blende (10), zur Ausblendung der vom Objekt (5) reflektierten strukturierten Beleuchtungsstrahlen so ausgebildet ist, dass sich diese auf einem vorhandenen optischen Element des Abbildungsstrahlenganges befindet.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der ein zweiter Beleuchtungsstrahlengang (14), zur Realisierung einer konfokalen oder Hellfeldbeleuchtung vorhanden ist, wobei die Beleuchtungsquellen (6, 15) der beiden Beleuchtungsstrahlengänge (1, 14) einzeln oder gleichzeitig genutzt werden können.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der das zur Abbildung des zu untersuchenden Objektes (5) vorhandene optische System sowohl ein- oder auch mehrstufig ausgeführt sein kann.