DE102006001435B4

DE102006001435B4 - Vorrichtung zur Beleuchtung und zur Inspektion einer Oberfläche

Info

Publication number: DE102006001435B4
Application number: DE102006001435A
Authority: DE
Inventors: Alexander Dr. Büttner; Lambert Danner; Michael Heiden
Original assignee: Vistec Semiconductor Systems GmbH
Current assignee: KLA Tencor MIE GmbH
Priority date: 2006-01-10
Filing date: 2006-01-10
Publication date: 2009-10-08
Anticipated expiration: 2026-01-11
Also published as: DE102006001435A1; CN101000464A; US7561263B2; US20070159700A1; JP2007187658A; TW200734626A

Abstract

Vorrichtung zur Inspektion einer spiegelnden Oberfläche umfassend eine Lichtquelle (10), eine Kollektoroptik (20) zur Sammlung des Lichts aus der Lichtquelle (10), eine Homogenisierungsoptik zur Weiterleitung des Lichtes aus der Kollektoroptik (20) und eine Objektivoptik (70) und einen Detektor (80) zur Aufnahme eines Bildes der spiegelnden Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Homogenisierungsoptik aus einem ersten Mikrolinksarray (30) und einem zweiten Mikrolinsenarray (40) besteht, das eine Fourier-Optik (50) zur Weiterleitung des Lichts aus der Homogenisierungsoptik auf die spiegelnde Oberfläche vorgesehen ist, wobei die Kollektoroptik (20) und das erste Mikrolinsenarray (30) die Lichtquelle (10) auf das zweite Mikrolinsenarray (40) abbildet und wobei das zweite Mikrolinsenarray (40) und die Fourier-Optik (50) das erste Mikrolinsenarray (30) auf die spiegelnde Oberfläche abbildet und wobei die Objektivoptik die spiegelnde Oberfläche auf den Detektor (80) abbildet und das die Fourier-Optik (50) im Abstand größer ihrer Brennweite nach der Homogenisierungsoptik angeordnet und die Objektivoptik (70) nicht objektseitig telezentrisch...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beleuchtung einer Oberfläche sowie eine Vorrichtung zur Inspektion einer spiegelnden Oberfläche, etwa eines Wafers.
Für die Waferinspektion ist eine möglichst hohe Beleuchtungsintensität bei möglichst hoher Homogenität erwünscht. Die hohe Intensität ist notwendig, um mit möglichst kurzen Belichtungszeiten den Waferdurchsatz zu erhöhen. Die Homogenität der Ausleuchtung ist notwendig, da bei der Auswertung der Bilder diese miteinander verglichen werden. Differenzen beim Vergleich werden als Defekte gewertet. Eine inhomogene Ausleuchtung würde daher fälschlich einen Defekt anzeigen.
Die Deutsche Offenlegungsschrift DE 103 30 006 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Inspektion eines Wafers. Die Vorrichtung umfasst mindestens zwei Auflicht-Beleuchtungseinrichtungen, die einen jeweiligen Beleuchtungs-Lichtstrahl abstrahlen, der schräg auf die Oberfläche eines zu inspizierenden Wafers einfällt. Eine Bilderfassungseinrichtung zum Erfassen eines Bildes der Oberfläche ist in einer Dunkelfeldanordnung vorgesehen. Ebenso ist eine Waferaufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen des Wafers unter einer vorgebbaren Orientierung vorgesehen. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Beleuchtungsachsen senkrecht zueinander ausgerichtet sind und die Vorrichtung so ausgelegt ist, dass eine Projektion der jeweiligen Beleuchtungsachse auf die Oberfläche des Wafers im Wesentlichen senkrecht zu jeweiligen linienförmigen Strukturen auf der Oberfläche des Wafers ausgerichtet ist. Mit der Vorrichtung lassen sich Makrodefekte detektieren und die Qualität des Quantenprofils kann auf der Oberfläche des Wafers ausgebildete Strukturen beurteilen.
Die U.S.-Patenanmeldung US 2005/0031974 A1 offenbart ein Inspektionsverfahren und einen Prozessor und ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils. Die Oberfläche eines Halbleiters ist mit einer photoempfindlichen Schicht beschichtet. Der Lichtquelle ist ein Mikrolinsenarray nachgeordnet, über das das auf die Oberfläche des Halbleiterbauteils die zu belichtende Struktur abgebildet wird. Die abbildende Optik weist eine Blende auf, die jedoch überbeleuchtet wird.
Das U.S.-Patent US 4,733,944 A offenbart ein System zur Homogenisierung einer nicht homogenen Lichtquelle. Hierzu sind der Lichtquelle mehrere Arrays aus Zylinderlinsen nachgeschaltet, die das von der Lichtquelle ausgehende Licht über eine bestimmte Fläche homogen verteilen. Von einer optimalen Ausleuchtung der Blende einer Optik ist in dieser Offenbarung nicht die Rede.
Das U.S.-Patent US 5,594,526 A offenbart ebenfalls eine Vorrichtung zur Homogenisierung einer Beleuchtung. Die Homogenisierungsoptik besitzt, der Lichtquelle nachgeschaltet, eine erste Linsengruppe, die aus einer Mehrzahl von ersten Linsenelementen besteht. Eine zweite Linsengruppe besitzt ebenfalls eine Vielzahl von Linsenelementen. Die zweiten Linsenelemente sind in Entsprechung zu den ersten Linsenelementen angeordnet. Durch die Homogenisierungsoptik soll ein rechtwinkliges Beleuchtungsfeld erzeugt werden.
Die Deutsche Offenlegungsschrift DE 10062579 A1 offenbart ebenfalls einen optischen Integrierer und eine optische Beleuchtungseinrichtung. Durch den Integrierer soll im Wesentlichen ein über das gesamte von ihm erzeugte Beleuchtungsgebiet gleichförmige Beleuchtung erzielt werden. Der optische Integrierer ist ein optischer Integrierer des Wellenfrontunterteilungstyps, der eine Anzahl von 2-dimensional angeordneten Mikrolinsen aufweist, um eine Anzahl von Lichtquellen durch Unterteilung einer Wellenfront eines einfallenden Lichtstrahls auszubilden. Jede Mikrolinse hat eine rechteckige Eintrittsfläche und eine rechteckige Austrittsoberfläche.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Beleuchtung und Inspektion einer Oberfläche anzugeben, die eine hohe Effizienz und Homogenität der Beleuchtung aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 und 4 bestimmten Vorrichtungen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass die Nahfeldverteilung der Lichtquelle durch die Überlagerung der Abbildungen homogenisiert wird.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Inspektion einer spiegelnden Oberfläche umfassend eine Lichtquelle, eine Kollektoroptik zur Sammlung des Lichtes aus der Lichtquelle, eine Homogenisierungsoptik zur Weiterleitung des Lichtes aus der Kollektoroptik mit einem ersten Mikrolinsenarray nach der Kollektoroptik und einem zweiten Mikrolinsenarray nach dem ersten Mikrolinsenarray, eine Fourieroptik zur Weiterleitung des Lichtes aus der Homogenisierungsoptik auf die spiegelnde Oberfläche, eine Objektivoptik und einen Detektor zur Aufnahme eines Bildes gelöst, wobei die Kollektoroptik und das erste Mikrolinsenarray die Lichtquelle auf das zweite Mikrolinsenarray abbildet, wobei das zweite Mikrolinsenarray und die Fourieroptik das erste Mikrolinsenarray auf die spiegelnde Oberfläche abbildet und wobei die Objektivoptik die spiegelnde Oberfläche auf den Detektor abbildet.
Des weiteren ist die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Beleuchtung einer Oberfläche umfassend eine Lichtquelle, eine Kollektoroptik zur Sammlung des Lichtes aus der Lichtquelle, eine Homogenisierungsoptik zur Weiterleitung des Lichtes aus der Kollektoroptik mit einem ersten Mikrolinsenarray nach der Kollektoroptik und einem zweiten Mikrolinsenarray nach dem ersten Mikrolinsenarray und eine Fourieroptik zur Weiterleitung des Lichtes aus der Homogenisierungsoptik auf die Oberfläche gelöst, wobei die Kollektoroptik und das erste Mikrolinsenarray die Lichtquelle auf das zweite Mikrolinsenarray abbildet und wobei das zweite Mikrolinsenarray und die Fourieroptik das erste Mikrolinsenarray auf die Oberfläche abbildet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand schematischer Darstellungen zu einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren beizeichnen dabei gleiche Elemente. Es zeigen
1 Vorrichtung zur Inspektion einer spiegelnden Oberfläche
2 Vorrichtung zur Beleuchtung einer Oberfläche als Detail zu 1
3 Alternative zu 2.
Die 1 zeigt die Vorrichtung zur Inspektion einer spiegelnden Oberfläche mit einer Lichtquelle 10, eine Kollektoroptik 20, einer Homogenisierungsoptik bestehend aus einem ersten Mikrolinsenarray 30 und einem zweiten Mikrolinsenarray 40, einer Fourieroptik 50, mit der zu untersuchenden spiegelnden Oberfläche 60, einer Objektivoptik 70 und einem Detektor 90. Der Strahlengang ist an der spiegelnden Oberfläche 60 zur einfacheren Veranschaulichung durchgehend gezeichnet.
Die Lichtquelle 10 wird durch die Austrittsfläche eines Faserbündels gebildet. Andere punktähnliche Lichtquellen sind denkbar. Das Licht wird durch eine Blitzlampe mit Reflektor gebildet und das in das Faserbündel eingekoppelt.
Die Kollektoroptik 20 ist im Abstand 11 ihrer Brennweite von der Lichtquelle 10 entfernt angeordnet.
Das erste Mikrolinsenarray 30 der Homogenisierungsoptik ist im Abstand 21 der Brennweite der Kollektoroptik von dieser entfernt angeordnet. Auf der Eingangsoberfläche des ersten Mikrolinsenarrays bildet sich eine glockenförmige Intensitätsverteilung 33 aus.
Die Mikrolinsen der beiden Mikrolinsenarrays haben im wesentlichen die gleiche Brennweite. Das zweite Mikrolinsenarray 40 ist vom ersten Mikrolinsenarray im Abstand 31 der Brennweite der Mikrolinsen entfernt angeordnet. Die Kollektoroptik 20 und das erste Mikrolinsenarray 30 bilden in einer Abbildung 12 die Lichtquelle 10 auf das zweite Mikrolinsenarray 40 ab.
Die Fourieroptik 50 ist in einem Abstand 41 größer als ihre Brennweite von dem zweiten Mikrolinsenarray 40 entfernt angeordnet. Die Fourieroptik 50 besteht aus zwei identischen mit ihrer Krümmung zueinander gewandten Plankonvexlinsen. Das zweite Mikrolinsenarray 40 und die Fourieroptik 50 bilden in einer Abbildung 32 das erste Mikrolinsenarray 30 auf die spiegelnde Oberfläche 60 ab.
Die spiegelnde Oberfläche 60 kann etwa durch einen zu untersuchender Wafer gebildet sein. Denkbar ist auch eine durchscheinende Oberfläche oder Platte, sodass nicht in Spiegelung, sondern wie zur Vereinfachung gezeichnet, in Durchstrahlung bestrahlt wird. Die spiegelnde Oberfläche 60 ist im Abstand 51 der Brennweite der Fourieroptik 50 von dieser entfernt. Auf der spiegelnden Oberfläche bildet sich eine topfförmige Intensitätsverteilung 63 aus. Der Leuchtfleck der Intensitätsverteilung ist etwa 40 mm mal 40 mm groß. Die Fourieroptik 50 und die spiegelnde Oberfläche 60 bilden das zweite Mikrolinsenarray 40 in einer Abbildung 42 auf die Objektivoptik 70 ab. Sinnvoll ist dabei eine Abbildung auf die Eintrittspupille der Objektivoptik 70.
Die Objektivoptik 70 ist objektseitig nicht telezentrisch. Das Objektiv sollte nur dann objektseitig telezentrisch sein, wenn auch die Beleuchtung telezentrisch ist. Die Objektivoptik 70 bildet in einer Abbildung 62 die spiegelnde Oberfläche 60 auf den Detektor 80 mit einer Verkleinerung von 1:6,5 ab. Im Detektor 80 bildet sich eine topfförmige Intensitätsverteilung 83 aus.
Der Detektor ist ein 2d Array Flächendetektor, etwa ein CCD.
Die 2 zeigt die Lichtquelle 10, die Kollektoroptik 20 und die Homogenisierungsoptik mit dem ersten Mikrolinsenarray 30 und dem zweiten Mikrolinsenarray 40. Die beiden Mikrolinsenarrays sind zu einem Doppelarray in einem Bauteil zusammengefasst. Sie sind hier aus den gegenüberliegenden Oberflächen einer Platte als Kissen gefertigt. Die Mikrolinsen sind auf der Plattenoberfläche nach außen gewölbt. Der Abstand der Mikrolinsen im jeweiligen Array beträgt etwa 1/10 ihrer Brennweite. Die Einzellinsen 35 des ersten Mikrolinsenarrays 30 und die Einzellinsen 36 des zweiten Mikrolinsenarrays 40 sind ohne Versatz gegenüber angeordnet.
Die 3 zeigt eine alternative Ausführung zu 2. Die Kollektoroptik 20 besteht aus einer ersten Linse 25, einer zweiten Linse 26 und einer dritten Linse 27. Die Homogenisierungsoptik ist hier alternativ durch ein erstes Doppelarray 38 und ein zweites Doppelarray 39 mit jeweils einem ersten Mikrolinsenarray 30 und einem zweiten Mikrolinsenarray 40 gebildet. Die Mikrolinsenarrays 30 und 40 der Doppelarrays 38 und 39 sind Zylindermikrolinsenarrays. Die Zylindermikrolinsen der Mikrolinsenarrays der jeweiligen Doppelarrays sind parallel ohne Versatz gegenüber angeordnet. Die Doppelarrays 38 und 39 sind in der Ausrichtung ihrer Zylinderlinsen gekreuzt und in geringem Abstand angeordnet.
Die Zwischenräume zwischen den einzelnen Mikrolinsen sind günstigerweise abgedeckt.
Die Lichtquelle 10, die Kollektoroptik 20, die Homogenisierungsoptik und die Fourieroptik bilden die Vorrichtung zur Beleuchtung einer Oberfläche.
Die gezeigten Anordnungen erreichen eine sehr gleichmäßige und hohe Intensitätsverteilung auf der zu untersuchenden Oberfläche für die Vorrichtung zur Beleuchtung sowie auch im Detektor für die Vorrichtung zur Inspektion.

10: Lichtquelle
11: Kollektoroptik
12: Abbildung der Lichtquelle auf das erste Mikrolinsenarray
20: Kollektoroptik
21: Abstand Kollektoroptik zu erstem Mikrolinsenarray
30: erstes Mikrolinsenarray
31: Abstand zwischen erstem und zweiten Mikrolinsenarray
32: Abbildung des ersten Mikrolinsenarrays auf die Waferoberfläche
33: Intensitätsverteilung auf dem ersten Mikrolinsenarray
35: Einzellinse des ersten Mikrolinsenarrays
36: Einzellinse des zweiten Mikrolinsenarrays
37: Doppelarray
38: erstes Zylindermikrolinsen-Doppelarray
39: zweites Zylindermikrolinsen-Doppelarray
40: zweites Mikrolinsenarray
41: Abstand zwischen zweitem Mikrolinsenarray und Fourieroptik
42: Abbildung des zweiten Mikrolinsenarrays auf die Objektivoptik
50: Fourieroptik
51: Abstand zwischen Fourieroptik und Waferoberfläche
60: Waferoberfläche
62: Abbildung der Waferoberfläche auf den Detektor
63: Intensitätsverteilung auf der Waferoberfläche
70: Objektivoptik
80: Detektor
83: Intensitätsverteilung auf dem Detektor

Claims

Vorrichtung zur Inspektion einer spiegelnden Oberfläche umfassend eine Lichtquelle (10), eine Kollektoroptik (20) zur Sammlung des Lichts aus der Lichtquelle (10), eine Homogenisierungsoptik zur Weiterleitung des Lichtes aus der Kollektoroptik (20) und eine Objektivoptik (70) und einen Detektor (80) zur Aufnahme eines Bildes der spiegelnden Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Homogenisierungsoptik aus einem ersten Mikrolinksarray (30) und einem zweiten Mikrolinsenarray (40) besteht, das eine Fourier-Optik (50) zur Weiterleitung des Lichts aus der Homogenisierungsoptik auf die spiegelnde Oberfläche vorgesehen ist, wobei die Kollektoroptik (20) und das erste Mikrolinsenarray (30) die Lichtquelle (10) auf das zweite Mikrolinsenarray (40) abbildet und wobei das zweite Mikrolinsenarray (40) und die Fourier-Optik (50) das erste Mikrolinsenarray (30) auf die spiegelnde Oberfläche abbildet und wobei die Objektivoptik die spiegelnde Oberfläche auf den Detektor (80) abbildet und das die Fourier-Optik (50) im Abstand größer ihrer Brennweite nach der Homogenisierungsoptik angeordnet und die Objektivoptik (70) nicht objektseitig telezentrisch ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fourier-Optik (50) über die spiegelnde Oberfläche das zweite Mikrolinsenarray (40) in die Eintrittspupille der Objektivoptik (70) abbildet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektivoptik (70) die Oberfläche mit einer Verkleinerung im Bereich von 1:2 bis 1:10 abbildet.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektivoptik (70) die Oberfläche mit einer Verkleinerung von 1:6,5 abbildet.
Vorrichtung zur Beleuchtung einer Oberfläche, umfassend eine Lichtquelle (10) eine Kollektoroptik (20) zur Sammlung des Lichts aus der Lichtquelle (10), eine Homogenisierungsoptik zur Weiterleitung des Lichtes aus der Kollektoroptik (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Homogenisierungsoptik aus einem ersten Mikrolinsenarray (30) nach der Kollektoroptik (20) und einem zweiten Mikrolinsenarray (40) nach dem ersten Mikrolinsenarray (30) aufweist, dass eine Fourier-Optik (50) zur Weiterleitung des Lichts aus der Homogenisierungsoptik auf die Oberfläche vorgesehen ist, wobei die Kollektoroptik (20) und das erste Mikrolinsenarray (30) die Lichtquelle (10) auf das zweite Mikrolinsenarray (40) abbilden und wobei das zweite Mikrolinsenarray (40) und die Fourier-Optik (50) das erste Mikrolinsenarray (30) auf die Oberfläche abbilden, dass das erste Mikrolinsenarray (30) im Abstand der Brennweite der Kollektoroptik (20) nach der Kollektoroptik (20) angeordnet ist und dass das zweite Mikrolinsenarray (40) im Abstand der Brennweite der Mikrolinsen nach dem ersten Mikrolinsenarray (30) parallel angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektoroptik (20) im Abstand ihrer Brennweite von der Lichtquelle (10) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite der Mikrolinsen zwischen 1 mm bis 4 mm beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite der Mikrolinsen 2 mm beträgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Mikrolinsen zwischen einem 1/20tel und einem 1/5tel deren Brennweite beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Mikrolinsen einem 1/10tel deren Brennweite beträgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mikrolinsenarray (40) gleich dem ersten Mikrolinsenarray (30) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mikrolinsenarray (40) mit seinen Linsen parallel nicht versetzt gegenüber den Linsen des ersten Mikrolinsenarray (30) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Mikrolinsenarrays (30, 40) als Doppelarray aus einem Stück mit nach außen zeigenden Linsenwölbungen ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsenarrays (30, 40) mit kissenförmigen Linsen ausgestaltet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsenarrays (30, 40) mit Zylinderlinsen ausgestaltet sind und aus zwei gekreuzten Mikrolinsenpaaren bestehen, wobei das erste Mikrolinsenpaar aus einem ersten und einem zweiten Mikrolinsenarray (30, 40) mit parallel nicht versetzt zugeordneten Zylinderlinsen und das zweite Mikrolinsenpaar aus einem dritten und einem vierten Mikrolinsenarray mit parallel nicht versetzt zugeordneten Zylinderlinsen besteht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fourier-Optik (50) im Abstand ihrer Brennweite vor der Oberfläche angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fourier-Optik (50) aus zwei identischen, mit ihren Krümmungen zueinander gewandten Plan-Konvexlinsen besteht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrolinsenarray und die Fourier-Optik (50) mit mindestens einer Tiefenschärfe der Versetzung vom ersten und zweiten Mikrozylinderlinsenpaar ausbildet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrolinsenarray und die Fourier-Optik (50) einen Leuchtfleck von 40 mm × 40 mm auf der Oberfläche ausbildet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche die Oberfläche eines Wafers ist.