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Der Erfindung liegt eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum Kalibrieren eines opto-elektronischen Sensors
zugrunde, wobei der Sensor zumindest zeitweise auch UV-Licht empfängt.
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Zudem liegt der Erfindung eine Vorrichtung und
ein Verfahren zur Vermessung von Strukturen auf einem Substrat mit
einem UV-Mikroskop und einem ortsauflösenden opto-elektronischen
Sensor zugrunde.
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Opto-elektronische Sensoren verwandeln Licht
in elektrische Signale und werden deshalb in Wissenschaft und Technik
zum Detektieren und Messen von Licht eingesetzt. In Kameras finden
ortsauflösende
opto-elektronische Sensoren für
Bildaufnahmen Verwendung.
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Die Sensoren weisen einerseits einen
Dunkelstrom auf, d.h. sie setzen auch ohne Lichteinfall Elektronen
frei und geben ein elektrisches Signal ab. Andererseits zeigen sie
ein Sättigungsverhalten, wenn
sie mit einer ausreichend großen
Lichtmenge belichtet werden. Innerhalb dieser Grenzen verläuft die
Antwort-Charakteristik des Sensors. In einem gewissen Bereich ist
die Antwort-Charakteristik
im wesentlichen linear, so dass die elektrischen Signale des Sensors
proportional zu der vom Sensor empfangenen Lichtmenge sind.
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Die meisten dieser Sensoren sind
im sichtbaren und infraroten Lichtwellenlängenbereich empfindlich. Sie
verändern
ihre Empfindlichkeit und ihre Antwort-Charakteristik bei aufgenommenem
Licht in diesen Wellenlängenbereichen
nicht.
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Es ist jedoch bekannt, dass UV-Licht
die Empfindlichkeit der Sensoren beeinflussen und reduzieren kann.
Durch UV-Licht können
Elektronen-Loch- Paare
erzeugt werden, die die Gitterstruktur des Sensors verändern. Quantitative
Aussagen darüber
sind aber in den Datenblättern
der Sensor-Hersteller nicht zu finden, weder in allgemeiner Art
noch insbesondere für
den jeweiligen einzelnen Sensor. Offensichtlich spielen Änderungen
in der Empfindlichkeit der Sensoren durch eine UV-Bestrahlung für die meisten
Anwendungen keine Rolle. Für
den privaten Nutzer von Kameras für Aufnahmen im natürlichen
Umgebungslicht ist die Optik der Kameras auch nicht für UV-Licht
ausgelegt, so dass der Sensor den UV-Anteil im natürlichen
Umgebungslicht auch nicht empfängt.
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Im Handel sind spezielle Sensoren
erhältlich, die
auch UV-Licht detektieren können.
Ihre spektrale Spezifikation liegt in der Regel im Wellenlängenbereich
zwischen 200 nm und 800 nm. Allerdings ist die Response eines solchen
Sensors, also das elektrische Ausgangssignal des Sensors im Vergleich
zur einfallenden Lichtmenge, im UV-Bereich wesentlich geringer als
im sichtbareren Wellenlängenbereich und
beträgt
nur wenige Prozent.
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Derartige UV-gängige Sensoren finden für Messungen
im UV-Bereich verschiedene technische Anwendungen. Einerseits können Materialanalysen mit
Hilfe von UV-Licht vorgenommen werden. Beispielsweise werden bei
Halbleitern Informationen über
die Materialzusammensetzung und über
optische Eigenschaften benötigt.
Dabei sind Brechungsindices, Absorptionskoeffizienten und Dicken
von Schichten zu bestimmen, die auf Halbleiter-Wafern aufgebracht
sind. Insbesondere können
sehr dünne Schichten
durch Messungen mit UV-Licht genauer vermessen werden als mit sichtbarem
Licht. Dabei ist es notwendig, dass die Signale stabil sind und
auch zu einem späteren
Zeitpunkt reproduzierbar sind. Durch die Reproduzierbarkeit der
Messungen wird die Materialanalyse verbessert und die Ergebnisse sind
mit früheren
Ergebnissen besser vergleichbar. Derartige Messungen erfolgen durch
Reflexion an der Probe und werden über einen Wellenlängenbereich
ausgeführt.
Hierzu werden insbesondere Spektral-Photometer oder/und Spektral-Ellipsometer
verwendet.
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Andererseits werden die UV-Sensoren
auch für
UV-Bildaufnahmen eingesetzt. Durch die Verwendung von UV-Licht wird
die Auflösung
der Bilder verbessert. Zudem stellen sich Objektstrukturen im UV-Licht
in anderer Art und Weise dar und ergeben zusätzliche Informationen im Vergleich
zu den sichtbaren Aufnahmen. Dadurch können Defekte und kleinste Partikel
auf Probenoberflächen
z.B. von Halbleitersubstraten besser detektiert und klassifiziert
werden. Es können
zudem Abstände
von Strukturen und die Breiten der Strukturen durch Bildverarbeitung
von solchen UV-Bildern ermittelt werden. Die Genauigkeit der gemessenen
Abstände
und Breiten („CD"-Messung
= critical dimension) kann durch die Aufnahmen im UV-Bereich verbessert
werden.
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Es hat sich herausgestellt, dass
insbesondere bei hohen Anforderungen an die Genauigkeit der CD-Messungen
die Stabilität
der Messungen nicht ausreichend ist. Es ist eine Drift der Messergebnisse in
eine Richtung festzustellen, wenn gegebene Strukturen auf einem
Substrat mehrfach über
einen Zeitraum gemessen werden. Dieser Zeitraum kann oft nur wenige
Stunden betragen. Dabei hat sich gezeigt, dass die Ursache dieser
Drift in den Messergebnissen durch die Belichtung des Sensors mit UV-Licht
hervorgerufen wird. Offensichtlich führt die Belichtung mit UV-Licht
zu bleibenden Veränderungen
des Sensors in seinen opto-elektronischen Eigenschaften.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung,
eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit denen Veränderungen
der Eigenschaften eines optoelektronischen Sensors festgestellt
werden können.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren
der eingangs beschriebenen Art gelöst durch die folgenden Schritte:
- – Ermitteln
einer ersten Antwort-Charakteristik des Sensors durch
– Beleuchten
des Sensors mit dem Licht einer Lichtquelle,
– Variieren
der Lichtmenge des auf den Sensor einfallenden Lichtes,
– Bestimmen
der Größe des elektrischen
Ausgangssignals des Sensors in Abhängigkeit der vom Sensor aufgenommenen
Lichtmenge,
- – Speichern
der ersten Antwort-Charakteristik und
- – Aufnehmen
von Antwort-Charakteristiken zu späteren Zeitpunkten nach Einträgen von
UV-Licht auf den Sensor
- – Vergleichen
der Antwort-Charakteristiken mit der ersten Antwort-Charakteristik
zum Feststellen von Änderungen
und zum Korrigieren der Antwort-Charakteristiken.
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Die Aufgabe wird zudem durch den
Vorrichtungsanspruch 12 gelöst.
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Es ist weiterhin die Aufgabe der
Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit denen
optische Messungen und Bildaufnahmen von Substraten im UV-Bereich
vorgenommen und insbesondere mikroskopische Strukturen auf Substraten sicher
und hochgenau vermessen werden können.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren
zur Vermessung von Strukturen auf einem Substrat mit einem UV-Mikroskop
und einem ortsauflösenden
optoelektronischen Sensor durch folgende Schritte gelöst:
- – Aufnehmen
von UV-Bildern der Strukturen auf dem Substrat,
- – Kalibrieren
des Sensors von Zeit zu Zeit durch
– Ermitteln einer aktuellen
Antwort-Charakteristik des Sensors durch Variation einer vom Sensor
aufgenommenen Lichtmenge,
– Vergleichen
und Korrigieren der aktuellen Antwort-Charakteristik mit einer ersten
Antwort-Charakteristik und
- – Vermessen
der Strukturen durch Bildverarbeitung mit der korrigierten Antwort-Charakteristik des
Sensors.
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Die Aufgabe wird zudem durch den
Vorrichtungsanspruch 17 gelöst.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass veränderliche
Messergebnisse bei hochgenauen Messungen mit UV-Licht durch den
Sensor verursacht werden. Die Antwort-Charakteristik des Sensors
verändert
sich durch die Bestrahlung mit UV-Licht. Durch Ermitteln und Korrigieren
der Antwort-Charakteristik des Sensors kann die tatsächlich empfangene Lichtmenge
festgestellt werden. Dadurch können
die aus den Sensorsignalen abgeleiteten Messergebnisse korrigiert
werden.
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Mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen und
Verfahren ist es also möglich,
die Eigenschaften des Sensors bei UV-Belichtungen quantitativ zu
bestimmen. Die Veränderungen
des Sensors werden durch Strahlenschäden des UV-Lichtes hervorgerufen.
Diese sind von der Dosis des UV-Lichtes abhängig, die der Sensor insgesamt
empfangen hat. Da die Strahlenschäden bleibend sind, verändern sich
die Eigenschaften des Sensors stetig mit der empfangenen Dosis.
Eine Kalibrierung des Sensors nach gewissen Dosismengen oder nach
bestimmten UV-Belichtungszeiten gemäß den erfindungsgemäßen Verfahren und
Vorrichtungen führt
zu einer genauen Bestimmung der empfangenen Lichtmengen und damit zu
genauen quantitativen Auswertungen.
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Die Strahlenschädigung des Sensors hängt nicht
nur von der UV-Intensität
sondern in gewissem Umfang auch von der UV-Wellenlänge ab.
Bestimmte UV-Wellenlängen-Bereiche
können
eine stärkere Strahleschädigung des
Sensors hervorrufen.
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Die Auswirkung der Strahlenschädigung auf die
Empfindlichkeit des Sensors andererseits ist ebenfalls wellenlängenabhängig. Deswegen
wird vorzugsweise die Antwort-Charakteristik des Sensors bei derjenigen
Wellenlänge
aufgenommen, bei der Messungen oder Bildaufnahmen mit dem Sensor durchgeführt werden
sollen. Wird der Sensor bei mehreren Wellenlängen eingesetzt, wird die Kalibrierung
des Sensors bei diesen verschiedenen Wellenlängen durchgeführt.
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Falls andererseits ein Wellenlängenbereich des
Lichtes für
die Messungen oder die Beleuchtung und Bildaufnahme verwendet wird,
kann die erfindungsgemäße Kalibrierung
des Sensors mit Licht dieses kontinuierlichen Wellenlängenbereichs
mit der entsprechenden spektralen Verteilung durchgeführt werden.
Hierbei wird entweder der genutzte Wellenlängenbereich kontinuierlich
als gesamtes Licht aufgenommen oder die Kalibrierung wird bei einzelnen
Wellenlängen
aus diesem Bereich durchgeführt
und anschließend
für den
Bereich gewichtet oder Bemittelt.
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Viele UV-Lichtquellen emittieren
nicht nur ein kontinuierliches Spektrum sondern weisen auch bei bestimmten
Wellenlängen
eine besonders hohe Intensität
auf. In vielen Anwendungen wird deshalb das UV-Licht speziell an
diesen Wellenlängen
genutzt. Solche besonderen Wellenlängen sind z.B. 266 nm, 248
nm, 193 nm oder 157 nm (Deep UV), die von Entladungslampen wie Quecksilber/Xenon-
oder Deuteriumlampen oder auch von Argon- oder Excimer-Lasern emittiert
werden. Licht dieser Wellenlängen dient
in Steppern zur Belichtung von Wafern, wobei die Strukturen von
Masken auf die Wafer abgebildet werden. Ebenso wird UV-Licht von
diesen Wellenlängen
zu Bildaufnahme in UV-Mikroskopen
verwendet. Dabei werden die Proben, z.B. die Strukturen auf den Masken
oder Wafern mit UV-Licht beleuchtet und durch einen ortsauflösenden opto-elektronischen Sensor
in einer Kamera aufgenommen und durch Bildverarbeitung sichtbar
gemacht.
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Natürlich können auf diese Art und Weise auch
andere Strukturen auf anderen Materialien wie z.B. biologische Strukturen
sichtbar gemacht und vermessen werden.
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Die Strahlenschädigung des Sensors kommt zwar
nur durch die Beleuchtung des Sensors mit UV-Licht zustande, sie
wirkt sich aber im gesamten sensitiven Wellenlängenbereich des Sensors auf
die Antwort-Charakteristik des Sensors aus. Deshalb ist auch die
Empfindlichkeit des Sensors im sichtbaren und infraroten Licht beeinträchtigt,
wenn er eine gewisse Dosis an UV-Licht erhalten hat. Unter diesen Umständen ist
eine erfindungsgemäße Kalibrierung des
Sensors auch bei den Wellenlängen
des sichtbaren oder infraroten Lichtes notwendig, wenn genaue Messungen
oder Bildaufnahmen auch in diesem Wellenlängenbereich durchgeführt werden
sollen.
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Oftmals werden Bildaufnahmen sowohl
im sichtbaren Bereich als auch mit UV-Licht vorgenommen, um zusätzliche
Informationen zu erhalten. Deshalb sind Kalibrierungen des Sensors
in den entsprechenden VIS- und UV-Bereichen vorteilhaft, insbesondere
wenn durch Bildverarbeitung die aufgenommenen Objekte vermessen
werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die
Zeichnung zeigt schematisch in:
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1 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Kalibrierung eines optoelektronischen Sensors,
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2 eine
Antwort-Charakteristik des Sensors bei verschiedenen UV-Dosen,
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3 ein
Anwendungsbeispiel in einem Mikroskop und
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4 ein
Beispiel zur Messung der Breite einer Struktur auf einem Substrat.
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Die 1 zeigt
in schematischer Weise eine Anordnung zur Kalibrierung eines opto-elektronischen
Sensors 3, bei der die Änderung
der Antwort-Charakteristik des Sensors 3 festgestellt wird. Die
Anordnung besteht aus einer Lichtquelle 1, dem opto-elektronischen
Sensor 3 und einer Auswerteeinheit 4. Das von
der Lichtquelle 1 emittierte Licht wird von dem Sensor 3 detektiert.
Dieser wandelt das Licht in elektrische Signale um, die der Auswerteeinheit 4 zugeführt und
dort erfindungsgemäß ausgewertet
werden. In einem Speicher 5 wird zumindest eine erste Antwort-Charakteristik
des Sensors 3 gespeichert.
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Zur Ermittlung der Antwort-Charakteristik des
Sensors 3 wird eine auf ihn einfallende Lichtmenge variiert.
Dies geschieht durch optische oder elektronische Kalibriermittel 2.
In dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 werden optische Kalibriermittel 2 in
den Strahlengang zwischen der Lichtquelle 1 und dem Sensor 3 eingebracht.
Für diese
Kalibriermittel 2 können
verschiedene Ausführungen
eingesetzt werden, wie z.B. Absorptionsfilter, Streufilter, Graukeile oder
Blenden. Bei den Absorptions- und Streufiltern wird entweder Ihre
in den Strahlengang eingebrachte Anzahl erhöht, wobei Filter gleicher oder
unterschiedlicher Absorptions- oder Streustärke verwendet werden. Oder
es wird jeweils nur ein Filter verwendet und dieses durch Filter
unterschiedlicher Absorptions- oder Streustärke ausgetauscht, um die Lichtmenge
gezielt zu variieren. Alternativ kann diese Variation auch mit einem
Graukeil bewirkt werden, der schrittweise oder quasi kontinuierlich
in den Strahlengang eingefahren werden kann. Absorptionsfilter,
Streufilter und Graukeil werden dabei entweder manuell bedient oder
werden mit entsprechenden Vorrichtungen fernbedient oder sie werden
mit Hilfe einer Steuereinrichtung 6 automatisiert in den Strahlengang
eingebracht. Dabei sind die Absorptions- oder Streuwerte der Filter
beziehungsweise des Graukeils bei bestimmten Stellungen im Strahlengang
bekannt.
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Entsprechendes gilt auch für Blenden
mit unterschiedlich großen,
bekannten Öffnungen,
die als Kalibriermittel 2 der Lichtmenge ebenfalls manuell oder
automatisch in den Strahlengang eingeführt werden. Selbstverständlich sind
auch Blenden mit variabler Öffnung
einsetzbar, die manuell oder automatisch bedient werden. Durch unterschiedlich
eingestellte Öffnungen
wird die auf den Sensor 3 einfallende Lichtmenge gezielt
variiert. Blenden mit derartig variabler Apertur sind aus der Kamera-
oder Mikroskopoptik hinlänglich
bekannt.
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Eine weitere, in den Figuren nicht
explizit dargestellte Ausführungsmöglichkeit
der Kalibriermittel 2 ist die auf den Sensor einfallende
Lichtmenge durch eine elektronische Belichtungszeit zu variieren. Bei
einer zeitlich konstanten Beleuchtungsintensität gelangen durch unterschiedliche
Belichtungszeiten entsprechend unterschiedliche Lichtmengen auf
den Sensor 3. Durch eine Belichtungssteuerung können die
Belichtungszeiten variiert werden. Die Belichtungssteuerung bedient
beispielsweise einen mechanischen Shutter (mechanischer Verschluss),
der entsprechend den Belichtungszeiten geöffnet ist, oder einen elektronischen
Shutter. Ein elektronischer Shutter ist z.B. ein LCD-Display, das durch
elektrische Ansteuerung Licht durchlässt oder lichtundurchlässig wird.
Alternativ kann als elektronischer Shutter bei entsprechender Ansteuerung
auch das elektronische Auslesen des Sensors 3 dienen, wobei
die Belichtungszeiten durch unterschiedlich lange Zeiten zwischen
Start- und Stoppsignale am Sensor 3 eingestellt werden.
Während
des Auslesens des Sensors 3 werden die elektrischen Ladungen,
die das empfangene Licht im Sensor 3 erzeugt, nicht berücksichtigt.
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Grundsätzlich kann auch direkt die
Lichtemission der Lichtquelle 1 variiert werden, wobei
die Kalibriermittel 2 in diesem Fall elektrische Größen wie
Leistung, Spannung oder Strom zum Betrieb der Lichtquelle 1 variieren.
Jedoch ist die Zuordnung zwischen diesen elektrischen Größen und
der emittierten Lichtmenge je nach Typ der Lichtquelle 1 nicht genau
genug bekannt oder nicht befriedigend und bei einigen Lichtquellen-Typen
ist die notwendige Genauigkeit nicht erreichbar, wie z.B. bei Dampfdrucklampen
(Quecksilber/Xenon).
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Mit Hilfe der beschriebenen Kalibriermittel 2 wird
eine erste Antwort-Charakteristik
des Sensors 3 aufgenommen, bevor dieser für Bildaufnahme- oder Messzwecke
mit ultraviolettem Licht eingesetzt wird. Es werden die elektrischen
Signale des Sensors 3 in Abhängigkeit der einfallenden Lichtmenge
aufgenommen und in einem Speicher 5 gespeichert. Als Speicher 5 ist
jeder Speichertyp verwendbar. Es werden handelsübliche elektronische, magnetische
oder optische Speicher eingesetzt, wobei eine Ausführung als
Look-up-table mit kurzen Auslesezeiten einfach und vorteilhaft ist.
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Nachdem der Sensor 3 durch
die Bildaufnahmen oder Messungen eine bestimmte Zeit dem UV-Licht
ausgesetzt war oder er eine gewisse UV-Dosis erhalten hat, wird
eine weitere Antwort-Charakteristik des Sensors 3 aufgenommen. Diese
wird mit der ersten Antwort-Charakteristik verglichen, um Änderungen
festzustellen und diese Änderungen
zu korrigieren. Dadurch werden die veränderten elektrischen Signale
des Sensors 3 bei gleich einfallenden Lichtmengen korrigiert
und somit die durch die UV-Strahlung veränderten Sensoreigenschaften
ausgeglichen.
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Nach weiteren UV-Messungen oder UV-Einsätzen mit
dem Sensor 3 werden weitere Antwort-Charakteristiken des
Sensors 3 aufgenommen und wieder mit der ersten Antwort-Charakteristik
verglichen und die Änderungen
entsprechend korrigiert. Dadurch werden stabile, reproduzierbare
Lichtmessungen erhalten, die den ersten Messungen mit dem Sensor 3 entsprechen.
Nützliche
Anwendungsbeispiele solcher stabiler Lichtmessungen für Bildaufnahmen,
Bildauswertungen und Messungen werden im Detail weiter unten dargestellt.
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Die Antwort-Charakteristik des Sensors 3 wird
natürlich
insbesondere bei denjenigen Lichtwellenlängen oder in denjenigen Wellenlängenbereichen
aufgenommen, die für
die Bildaufnahmen oder Messungen benutzt werden. Diese Wellenlängen liegen
je nach Anwendung im UV-Bereich, im sichtbaren oder infraroten Bereich.
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In 2 ist
ein Beispiel für
die Antwort-Charakteristik des Sensors 3 dargestellt. Es
ist das elektrische Signal des Sensors 3 gegen die vom
Sensor 3 empfangene Lichtmenge in willkürlichen Einheiten aufgetragen.
Bei geringen, noch nicht detektierbaren Lichtmengen überwiegt
der Dunkelstrom des Sensors 3, der bereits ein elektrisches
Signal liefert. Ab einer bestimmten Lichtmenge liefert der Sensor 3 elektrische
Signale, die der einfallenden Lichtmenge proportional sind. Bei
sehr großen
Lichtmengen befindet sich der Sensor 3 in der Sättigung
und kann kein zusätzliches
Licht mehr detektieren.
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Die Kurve a ist die Antwort-Charakteristik
eines noch nicht mit UV-Licht beleuchteten Sensors 3. Die
Kurven b und c geben die Antwort-Charakteristik des Sensors 3 nach
18 Stunden und nach 65 Stunden Beleuchtung mit UV-Licht wieder.
Es ist erkennbar, dass mit zunehmender UV-Beleuchtung gemäß den Kurven
b und c die Empfindlichkeit des Sensors 3 verringert ist.
Er liefert ein geringeres elektrisches Signal als es der zugehörigen Lichtmenge
entspricht. Durch Aufnehmen der Antwort-Charakteristik des Sensors 3 und
Rückbeziehen
auf die erste Antwort-Charakteristik werden die Änderungen ausgeglichen. Dadurch
wird eine Aussage über
einen exakten Wert der tatsächlich
empfangenen Lichtmenge möglich.
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Bei weiterer UV-Belichtung des Sensors 3 ergeben
sich entsprechend weitere Kurven zu den in 2 gezeigten Kurven a, b und c. Sie entfernen sich
mit zunehmender UV-Belichtung von der ersten Kurve a.
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Die Antwort-Charakteristik ist zwar
bei jedem Sensor 3 im Prinzip gleich, ist aber quantitativ
unterschiedlich bei jedem individuellen Sensor 3. Deshalb muss
für genaue
Messergebnisse in Zeitabständen jeder
Sensor 3 individuell gemäß der Erfindung kalibriert
werden. Die Änderungen
der Antwort-Charakteristik aufgrund der Bestrahlungsdosis sind für den einzelnen
Sensor 3 von vornherein nicht bekannt, sie sind weder vom
Hersteller spezifiziert noch sind sie theoretisch vorhersagbar.
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Als Sensoren 3 werden hauptsächlich CCD-Chips
verwendet. Es können
auch Photodioden sein. Andere Halbleitersensoren oder andere Sensortypen,
die Licht in elektrische Signale umwandeln, zeigen ähnliche
Antwort-Charakteristiken.
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Die erfindungsgemäße Kalibrierung des Sensors 3 erfolgt
von Zeit zu Zeit. Der Zeitpunkt wird vorzugsweise je nach Eintrag
von UV-Licht auf den Sensor 3, also dosisabhängig bestimmt,
was z.B. durch die Gesamtbelichtungszeit mit UV-Licht kontrolliert
werden kann. Natürlich
ist die Kalibrierung auch in fest eingestellten Zeitintervallen
ohne Berücksichtigung
der Belichtungszeiten möglich.
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3 zeigt
ein Anwendungsbeispiel für hochgenaue
Messungen mit dem Sensor 3. Ein Mikroskop 7 nimmt
Bilder von einem Substrat 8 auf, das sich auf dem Mikroskoptisch 9 befindet.
Das Substrat 8 wird hierzu von einer Lichtquelle 1a, 1b des
Mikroskops 7 beleuchtet. Diese Beleuchtung kann, wie es bei
Mikroskopen üblich
ist, im Auflicht und bei transparenten Substraten auch im Durchlicht
erfolgen. Entsprechend werden Filter oder Blenden vorzugsweise in
den in 3 gezeigten Positionen
als Kalibriermittel 2a bzw. 2b im Strahlengang
nach den Lichtquellen 1a bzw. 1b angeordnet. Es
ist beim Durchlicht-Betrieb des Mikroskops 7 natürlich auch
möglich,
verschiedene Filter oder Blenden auf den Mikroskoptisch 9 zu
legen und diesen entsprechend zu verfahren, um die Filter oder Blenden
sukzessive in den Strahlengang zu bringen.
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Das Substrat 8 weist Strukturen
auf, die mit dem Mikroskop 7 und dem Sensor 3 aufgenommen und
vermessen werden. Der Sensor 3 ist in der Regel ein Teil
einer käuflichen
Kamera.
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Das Substrat 8 ist beispielsweise
eine Maske bestehend aus einem Glassubstrat mit aufgebrachten Strukturen
aus Chrom. Derartige Masken werden bei der Photolithographie für die Halbleiterherstellung eingesetzt
und ihre Strukturen werden auf Wafer abgebildet. Die Strukturen
auf der Maske oder auf dem Wafer stellen elektrische Schaltkreise
für den
herzustellenden Chip dar. Die Strukturen werden während des
Herstellprozesses immer wieder auf Fehler inspiziert und ihre Abstände und
Breiten vermessen.
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Normalerweise werden die Bilder der
Strukturen mit sichtbarem Licht aufgenommen. Um zusätzliche
Informationen zu erhalten oder wenn die Auflösung des Mikroskops 7 mit
sichtbarem Licht für sehr
kleine Strukturen nur unzureichend ist, wird UV-Licht eingesetzt.
Durch das UV-Licht wird ein verbesserter Kontrast und eine höhere Auflösung erreicht.
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Hierzu wird UV-Licht insbesondere
im Wellenlängenbereich
zwischen 150 nm und 420 nm verwendet. Die Lichtquelle 1a, 1b und
die Optik des Mikroskops 7 sind entsprechend ausgelegt.
Als Sensoren 3 sind back-illuminated CCD-Kameras, Full Frame
Transfer-Kameras oder Interline-Transfer-Kameras gebräuchlich,
die neben sichtbarem Licht auch UV-Licht empfangen können. Die
mit UV-Licht aufgenommenen Strukturen werden durch Bildverarbeitung
aufbereitet und können
dadurch auf Fehler oder auf eventuell vorhandene unerwünschte Partikel
untersucht werden. Mit Hilfe der Bildverarbeitung werden auch Strukturbreiten
und Abstände
zwischen den Strukturen vermessen.
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Wenn neben sichtbarem Licht auch
UV-Licht für
die Untersuchungen verwendet wird, sind durch die Erfindung präzise und
reproduzierbare Messungen möglich.
Hierzu werden – wie
oben bereits beschrieben – für hin und
wieder stattfindende Kalibrierungen die Kalibriermittel 2a, 2b verwendet,
die in den Strahlengang des Mikroskops 7 gebracht oder/und
dort bedient werden. Vorzugsweise erfolgt die Betätigung und
Steuerung der Kalibriermittel 2a, 2b vollautomatisiert
mit Hilfe der Steuereinrichtung 6, so dass die entsprechenden
Antwort-Charakteristiken des Sensors 3 automatisch aufgenommen
und in der Auswerteeinheit 4 ausgewertet werden können (3). Die Ergebnisse ermöglichen
die Korrektur der mittels Bildverarbeitung vermessenen Abstände und
Breiten der Substratstrukturen.
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Die Korrektur wird am Beispiel einer
Strukturbreite in 4 demonstriert.
Es wird zu einem Zeitpunkt eine Struktur mit dem Mikroskops 7 abgebildet. In 4 ist die relative Intensität gegen
die Position der abgebildeten Struktur aufgetragen. Es wird die Breite
der Struktur vermessen, sie beträgt
650 nm (Kurve 1). Zu einem späteren Zeitpunkt, nachdem über mehrere
Stunden Aufnahmen mit dem Sensor 3 mit UV-Licht erfolgt
sind, wird dieselbe Struktur wiederum aufgenommen und vermessen.
Es ergibt sich eine gemessene Strukturbreite von 630 nm (Kurve 2).
Aufgrund der Veränderungen
der Sensoreigenschaften durch das UV-Licht liefert der Sensor 3 veränderte Signale,
die zu dem abweichenden Messergebnis der Strukturbreite führen. Durch
die erfindungsgemäße Korrektur
der Antwort-Charakteristik des Sensors 3 werden die veränderten
Signale entsprechend berücksichtigt
und es ergibt sich die ursprünglich
gemessenen Strukturbreite von 650 nm.
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Im Fall des Beispiels gemäß 4 wurde die Strukturbreite
mit UV-Licht bei einer Wellenlänge
von 248 nm aufgenommen und vermessen.
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Die erfindungsgemäße Korrektur der Antwort-Charakteristik
des Sensors 3 ist auch für andere Messaufgaben nützlich,
bei denen es um genaue quantitative Auswertungen von aufgenommenen Licht
geht. Mit einem Spektralphotometer als Messeinrichtung 10 am
Mikroskop 7 können
optische Parameter wie Brechungsindex oder Schichtdicken von Schichten
auf dem Substrat 8 bestimmt werden. Diese Parameter werden
aus Spektren des von den Schichten reflektierten Lichtes ermittelt.
Diese Spektren werden auf vorher einmal gemessene Spektren des blanken
Substrats 8 bezogen. Da die Spektren vielfach auch im UV-Bereich
aufgenommen werden, kann mit der erfindungsgemäßen Berücksichtigung der Eigenschaften
des Sensors der Messeinrichtung 10 die Messgenauigkeit
und Reproduzierbarkeit der optischen Parameter verbessert werden.
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Anstelle des Spektralphotometers
können auch
andere optische Messanordnungen, wie beispielsweise ein Spektralellipsometer
entweder als Messeinrichtung 10 am Mikroskop 7 oder
auch als selbständiges,
vom Mikroskop 7 unabhängiges
Geräte
mit den erfindungsgemäßen Verfahren
und Vorrichtungen ausgestattet werden. Die aufgezeigten Beispiele
sind deshalb nicht abschließend.
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- 1,
1a, 1b
- Lichtquelle
- 2,
2a, 2b
- Kalibriermittel
zum Variieren einer Lichtmenge
- 3
- Sensor
- 4
- Auswerteeinheit
- 5
- Speicher
- 6
- Steuereinrichtung
- 7
- Mikroskop
- 8
- Substrat
- 9
- Mikroskoptisch
- 10
- optisches
Messsystem