DE10393244T5

DE10393244T5 - Interferometrisches Verfahren für ellipsometrische, reflektometrische und streulichtanalytische Messungen, einschließlich der Charakterisierung von Dünnfilmstrukturen

Info

Publication number: DE10393244T5
Application number: DE10393244T
Authority: DE
Inventors: Peter J. de Middletown Groot
Original assignee: Zygo Corp
Current assignee: Zygo Corp
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2003-09-09
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2023-09-10
Also published as: KR20050057279A; KR20100122123A; DE10393244B4; AU2003266136A1; KR101223195B1; JP2005538359A; JP2010197398A; JP5352506B2; WO2004023071A1; JP4563811B2

Abstract

Verfahren, das Folgendes umfasst:
Abbilden von Testlicht, das von einem Testobjekt über eine Reihe von Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es mit Referenzlicht interferiert, auf einem Detektor, wobei das Test- und das Referenzlicht von einer gemeinsamen Quelle ausgehen;
für jeden der Winkel gleichzeitiges Variieren einer optischen Weglängendifferenz von der Quelle zum Detektor zwischen interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts mit einer Rate, die von dem Winkel abhängt, mit dem das Testlicht von dem Testobjekt ausgeht; und
Bestimmen einer Winkelabhängigkeit einer optischen Eigenschaft des Testobjekts anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht, wenn die optische Weglängendifferenz für jeden der Winkel variiert wird.

Description

Allgemeiner Stand der Technik
Die Erfindung betrifft oberflächentopografische Messungen an Objekten mit Dünnfilmen oder diskreten Strukturen aus ungleichen Materialien. Solche Messungen finden Verwendung für die Charakterisierung von Flachbildschirmkomponenten, für die Halbleiterwafermetrologie und für die in-situ-Analyse von Dünnfilmen und ungleichen Materialien.

Die Ellipsometrie kann zur Analyse der optischen Eigenschaften einer komplexen Oberfläche verwendet werden. Die Ellipsometrie stützt sich auf die Differenz des komplexen Reflexionsvermögens einer Oberfläche, wenn sie in einem schrägen Winkel, beispielsweise 60°, manchmal mit einem variablen Winkel oder mit mehreren Wellenlängen beleuchtet wird. Der Fachmann kennt zahlreiche Arten von Ellipsometern.

Um eine größere Auflösung zu erreichen, als ohne Weiteres mit einem herkömmlichen Ellipsometer erreicht werden kann, messen Mikroellipsometer Phasen- und/oder Intensitätsverteilungen auf der hinteren Brennebene des Objektivs, auch als Pupillenebene bekannt, wo die verschiedenen Beleuchtungswinkel zu Feldpositionen abgebildet werden. Solche Geräte sind Modernisierungen herkömmlicher Polarisationsmikroskope oder "Konoskope", die historisch mit der Kristallografie und der Mineralogie verknüpft sind, wobei gekreuzte Polarisationsfilter und eine Bertrand-Linse verwendet werden, um die doppelbrechenden Materialien der Pupillenebene zu analysieren.

Kurzdarstellung der Erfindung

Ausführungsformen der Erfindung basieren wenigstens teilweise auf der Erkenntnis, dass die verschiedenen Einfallswinkel in einem Interferometer (das beispielsweise ein Objektiv mit großer numerischer Apertur aufweist) anhand der entsprechenden Raumfrequenzen eines Interferenzmusters, das durch Abtasten des Prüfstücks oder des Referenzspiegels relativ zum Interferometer erzeugt wird (beispielsweise zu dem Objekt hin oder von dem Objektiv weg, das zur Fokussierung von Licht auf das Prüfstück oder den Referenzspiegel verwendet wird), voneinander unterschieden werden können. Eine mathematische Raumfrequenzzerlegung eines solchen Interferenzmusters ermöglicht somit Zugang zu der relativen Amplitude und Phase des Lichts, das von einer Prüfoberfläche in Abhängigkeit vom Winkel reflektiert (oder abgestreut) wird. Dieses Wissen, zusammen mit einer Kalibrierung der Beleuchtungsverteilung in der Pupille des Objektivs und dem Polarisationszustand der Beleuchtung auf der Pupillenebene, ergibt die Amplituden- und Phaseninformationen für die Mehrwinkelreflexion (oder -streuung) für jedes Pixel im Sichtfeld, ohne die Pupillenebene direkt auf einer Detektoranordnung abbilden zu müssen.

Diese Mehrwinkeldaten können dazu verwendet werden, Prüfoberflächencharakteristika wie beispielsweise Dünnfilmdicke und/oder den komplexen Brechungsindex auf Einzelpixelbasis mit hoher lateraler Auflösung gleichzeitig mit Informationen über das Höhenprofil der Oberfläche zu erstellen.

Ausführungsformen der Erfindung enthalten in der Regel ein Interferometer, beispielsweise ein Interferenzmikroskop mit einem Interferenzobjektiv vom Mirau-, Linnik- oder Michelson-Typ oder dergleichen. Das Objektiv beleuchtet eine – oder sammelt Licht von einer – Prüfoberfläche über einen Bereich von Einfallswinkeln ϕ, beispielsweise ϕ = 0 bis 50° für ein Interferenzobjektiv mit einer numerischen Apertur (NA) von etwa 0,75. Die Polarisation der Beleuchtung kann radial, linear, zirkular, feldabhängig oder verstellbar sein. Die Vorrichtung enthält in der Regel des Weiteren eine mechanische Abtastvorrichtung zum Verschieben der Prüfoberfläche entlang einer Achse, die parallel zur optischen Achse des Objektivs verläuft, (oder ein Objektiv, das eine äquivalente Bewegung relativ zum Prüfstück vollführt), während eine elektronische Kamera Interferenzintensitätsdaten für eine Anordnung aus Pixeln erfasst, die Feldpositionen auf dem Prüfstück entsprechen. Alternativ kann ein Referenzabschnitt der Interferometers abgetastet werden. Das Ergebnis sind Daten über die Intensität im Vergleich zur Prüfstückposition für jedes Pixel für eine Abfolge aus Objektiventfernungen zum Prüfstück, die in einem Computerspeicher gespeichert werden.

Bei einigen Ausführungsformen wandelt der Computer die Interferenzdaten für jedes Pixel beispielsweise mittels Fourier-Analyse in die Frequenzdomäne um, um Betrag und Phase der einzelnen Raumfrequenzen zu erhalten, die in den Interferenzdaten vorliegen. Der Computer analysiert diese Daten und vergleicht Betrag und Phase mit einem Modell, das die Oberflächenstruktur des Prüfstücks darstellt, einschließlich Einfallswinkel, Polarisation und/oder wellenlängenabhängiger optischer Eigenschaften des Prüfstücks. Diese Analyse bestimmt Parameter wie beispielsweise Oberflächenhöhe und Dünnfilmdicke.

Einige Ausführungsformen wählen Wellenlängen oder senden mehrere Wellenlängen in das Interferometer, um eine detaillierte Analyse der optischen Eigenschaften von Materialien in Abhängigkeit von der Wellenlänge – zusätzlich zur Analyse ihrer Winkelabhängigkeit – vorzunehmen. Einige Ausführungsformen analysieren das Streulicht vom Prüfstück, um Informationen über die Oberflächenstruktur anhand der Beugungs- und Streuungseigenschaften der Oberfläche in Abhängigkeit von Einfallswinkel und Wellenlänge zu ermitteln.

Ausführungsformen der Erfindung enthalten zahlreiche Vorteile. Beispielsweise können Ausführungsformen ein Mittel aufweisen, um eine Oberflächenstruktur auf ihre optischen Eigenschaften und ihre Oberflächentopografie gleichzeitig, beispielsweise auf Einzelpixelbasis, mittels Frequenzdomänenzerlegung von Interferenzmustern, die durch vertikales Abtasten des Prüfstücks relativ zum Interferenzobjektiv erzeugt werden, zu analysieren. Eine solche Herangehensweise ermöglicht Zugang zu den winkelabhängigen und wellenlängenabhängigen optischen Eigenschaften der Oberfläche unter Verwendung von sowohl Amplituden- als auch Phaseninformationen aus dem reflektierten Licht, ohne direkt auf die Pupillenebene des Instruments zugreifen zu müssen.

Wir fassen nun verschiedene Aspekte und Merkmale von einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung allgemein zusammen.

Gemäß einem Aspekt stellt die Erfindung allgemein ein Verfahren bereit, das Folgendes beinhaltet: Abbilden von Testlicht, das von einem Testobjekt über eine Reihe von Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es mit Referenzlicht interferiert, auf einem Detektor, wobei das Test- und das Referenzlicht von einer gemeinsamen Quelle ausgehen; für jeden der Winkel gleichzeitiges Variieren einer optischen Weglängendifferenz von der Quelle zum Detektor zwischen interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts mit einer Rate, die von dem Winkel abhängt, mit dem das Testlicht von dem Testobjekt ausgeht; und Bestimmen einer Winkelabhängigkeit einer optischen Eigenschaft des Testobjekts anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht, wenn die optische Weglängendifferenz für jeden der Winkel variiert wird.

Ausführungsformen des Verfahrens können eines oder mehrere der folgenden Merkmale enthalten.

Der Bereich von Einfallswinkeln kann einer numerischen Apertur entsprechen, die größer als 0,7 oder besonders bevorzugt größer als 0,9 ist.

Der Detektor kann eine Kamera mit mehreren Detektorelementen sein, und das Abbilden kann das Abbilden des Testlichts enthalten, das von verschiedenen Stellen des Testobjekts zu entsprechenden Stellen in der Kamera verläuft. Des Weiteren kann das Bestimmen der Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft das Bestimmen der Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft an jeder der verschiedenen Stellen des Testobjekts enthalten.

Die Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft kann mit Veränderungen der optischen Eigenschaft in Abhängigkeit vom Winkel des auf das Testobjekt einfallenden Testlichts in Beziehung stehen. Das Verfahren kann des Weiteren das Beleuchten mehrerer Stellen des Testobjekts mit dem Testlicht enthalten, dergestalt, dass das Testlicht auf jede der mehreren Stellen über den Bereich von Einfallswinkeln einfällt. In solchen Fällen kann das Beleuchten und das Abbilden über ein und dieselbe Objektivlinse erfolgen. Des Weiteren kann die gemeinsame Quelle eine räumlich ausgedehnte Quelle sein.

Bei anderen Ausführungsformen kann die Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft mit Veränderungen der optischen Eigenschaft in Abhängigkeit vom Winkel des vom Testobjekt gestreuten (oder gebeugten) Testlichts in Beziehung stehen. Das Verfahren kann des Weiteren das Beleuchten mehrerer Stellen des Testobjekts mit dem Testlicht enthalten, das mit einem gleichmäßigen Winkel auf das Testobjekt auftrifft, und wobei das Abbilden das Abbilden von Testlicht enthalten kann, das über einen Bereich von Winkeln von jeder Stelle des Testobjekts zu einer entsprechenden Stelle im Detektor abgestreut wird. In solchen Fällen kann das Beleuchten und das Abbilden über ein und dieselbe Objektivlinse erfolgen. Des Weiteren kann die gemeinsame Quelle eine Punktquelle sein.

Das Abbilden kann des Weiteren das Polarisieren des Testlichts in einer Pupillenebene eines optischen Systems, das für das Abbilden verwendet wird, enthalten.

Das Verfahren kann des Weiteren das Beleuchten des Testobjekts mit dem Testlicht und das Polarisieren des Testlichts in einer Pupillenebene eines optischen Systems, das für das Beleuchten des Testobjekts verwendet wird, enthalten.

Die gemeinsame Quelle kann monochromatisch sein. Beispielsweise kann die gemeinsame Quelle eine Zentralwellenlänge und eine Spektralbandbreite von weniger als 2 % der Zentralwellenlänge aufweisen.

Das gleichzeitige Variieren der optischen Weglängendifferenz für jeden der Winkel kann beinhalten, das Testobjekt relativ zu einem Objektiv zu bewegen, das dazu dient, das von dem Prüfstück ausgehende Testlicht einzufangen.

Das gleichzeitige Variieren der optischen Weglängendifferenz für jeden der Winkel kann beinhalten, einen Referenzspiegel, der dazu dient, das Referenzlicht zu reflektieren, relativ zu einem Objektiv zu bewegen, das dazu dient, das Referenzlicht auf den Referenzspiegel zu fokussieren.

Das gleichzeitige Variieren der optischen Weglängendifferenz für jeden der Winkel kann beinhalten, einen Strahlenteiler zu bewegen, der in einem Mirau-Interferenzobjektiv angeordnet ist.

Das gleichzeitige Variieren der optischen Weglängendifferenz für jeden der Winkel kann eine räumliche Kohärenzlänge definieren, und die optische Weglängendifferenz für wenigstens einen der Winkel kann über einen Bereich variiert werden, der größer als die räumliche Kohärenzlänge ist.

Das Bestimmen der Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft kann Folgendes beinhalten: Messen eines Interferenzsignals von dem Detektor, wenn die optische Weglängendifferenz gleichzeitig für jeden der Winkel variiert wird; und Umwandeln des Interferenzsignals bezüglich einer Koordinate, die der optischen Weglängendifferenz für jeden der Winkel linear proportional ist, um ein umgewandeltes Signal zu erzeugen, das von einer konjugierten Variable für die Koordinate abhängt. Die konjugierte Variable kann beispielsweise die Raumfrequenz sein.

Die konjugierte Variable kann ein direktes Abbilden des Testlichts, das auf das Testobjekt auftrifft oder vom Testobjekt ausgeht, ermöglichen. Wenn beispielsweise die konjugierte Variable die Raumfrequenz K ist, so kann das direkte Abbilden zwischen der Raumfrequenz und dem Winkel ϕ durch K(ϕ) ∝ cos (ϕ)/λ gegeben sein, wobei λ die Wellenlänge des Testlichts ist. Wenn beispielsweise das ausgesandte Licht vom Prüfstück reflektiert wird, so kann das direkte Abbilden zwischen der Raumfrequenz und dem Winkel durch K(ϕ) = 4πcos(ϕ)/λ gegeben sein.

Das umgewandelte Signal kann ein direktes Abbilden der Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft ermöglichen. Beispielsweise kann die Umwandlung einer Fourier-Transformation entsprechen.

Die optische Eigenschaft kann mit dem komplexen Reflexionsvermögen des Testobjekts in Beziehung stehen. Beispielsweise kann die optische Eigenschaft mit dem Betrag des komplexen Reflexionsvermögens des Testobjekts in Beziehung stehen. Die optische Eigenschaft kann auch mit der Phase des komplexen Reflexionsvermögens des Testobjekts in Beziehung stehen.

Die Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft kann anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht, wenn die optische Weglängendifferenz für jeden der Winkel variiert wird, und anhand vorkalibrierter winkelabhängiger Charakteristika eines optischen Systems, das für das Abbilden verwendet wird, bestimmt werden.

Das Verfahren kann des Weiteren das Bestimmen eines Oberflächenhöhenprofils des Testobjekts anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht, wenn die optische Weglängendifferenz variiert wird, enthalten.

Das Verfahren kann des Weiteren das Vergleichen der winkelabhängigen Veränderungen der optischen Eigenschaft, die anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht bestimmt wurden, mit denen eines Modells für das Testobjekt enthalten. Beispielsweise kann das Testobjekt wenigstens einen Dünnfilm auf einem Trägermaterial enthalten, und das Verfahren kann des Weiteren das Bestimmen einer Dicke des Dünnfilms anhand des Vergleichs beinhalten.

Bei einer solchen Ausführungsform enthält die optische Eigenschaft dem Betrag der Winkelabhängigkeit des komplexen Reflexionsvermögens des Prüfstücks, und die Bestimmung der Dicke des Dünnfilms basiert auf dem Vergleich des Betrags der Winkelabhängigkeit des komplexen Reflexionsvermögens mit dem des Modells. Des Weiteren kann die Ausführungsform das Bestimmen eines Oberflächenhöhenprofils für das Testobjekt anhand des Vergleichs enthalten. Beispielsweise kann die optische Eigenschaft des Weiteren die Phase der Winkelabhängigkeit des komplexen Reflexionsvermögens des Prüfstücks enthalten, und die Bestimmung des Oberflächenhöhenprofils basiert auf der ermittelten Dicke des Dünnfilms und dem Vergleichen der Phase der Winkelabhängigkeit des komplexen Reflexionsvermögens mit der des Modells für die ermittelte Dicke.

Und schließlich können das Test- und das Referenzlicht eine erste Wellenlänge aufweisen, und das Verfahren kann des Weiteren das Wiederholen des Abbildens, des Variierens und des Bestimmens für das Test- und das Referenzlicht mit einer zweiten Wellenlänge beinhalten, die sich von der ersten Wellenlänge unterscheidet.

Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung allgemein ein Verfahren bereit, welches das Bestimmen einer Winkelabhängigkeit einer optischen Eigenschaft eines Testobjekts anhand von Abtastinterferometriedaten für das Testobjekt beinhaltet.

Dieses Verfahren kann des Weiteren eines oder mehrere Merkmale beinhalten, die oben im Zusammenhang mit dem ersten Verfahren beschrieben wurden.

Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung allgemein ein Verfahren bereit, das Folgendes beinhaltet: Abbilden von Testlicht, das von einem Testobjekt über eine Reihe von Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es mit Referenzlicht interferiert, auf einem Detektor, wobei das Test- und das Referenzlicht von einer monochromatischen gemeinsamen Quelle ausgehen und wobei das Testobjekt wenigstens einen Dünnfilm auf einem Trägermaterial beinhaltet; für jeden der Winkel gleichzeitiges Variieren einer optischen Weglängendifferenz von der Quelle zum Detektor zwischen interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts mit einer Rate, die von dem Winkel abhängt, mit dem das Testlicht von dem Testobjekt ausgeht; und Bestimmen einer Dicke des Dünnfilms anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht, wenn die optische Weglängendifferenz für jeden der Winkel variiert wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung allgemein ein Verfahren bereit, das Folgendes beinhaltet: Bestimmen einer Dicke eines Dünnfilms auf einem Testobjekt, das den Dünnfilm und ein Trägermaterial enthält, welches den Dünnfilm trägt, anhand monochromatischer Abtastinterferometriedaten für das Testobjekt.

Ausführungsformen des oben beschriebenen dritten und vierten Verfahrens können des Weiteren eines oder mehrere der Merkmale beinhalten, die oben im Zusammenhang mit dem ersten Verfahren beschrieben wurden.

Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung allgemein eine Vorrichtung bereit, die Folgendes enthält: eine Lichtquelle; einen Detektor; ein Abtastinterferometer, das dafür konfiguriert ist, Testlicht, das von einem Testobjekt über eine Reihe von Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es mit Referenzlicht interferiert, auf dem Detektor abzubilden, wobei das Test- und das Referenzlicht von der Lichtquelle ausgehen, wobei – für jeden der Winkel – das Abtastinterferometer außerdem so konfiguriert ist, dass es eine optische Weglängendifferenz von der Quelle zum Detektor zwischen interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts mit einer Rate, die von dem Winkel abhängt, mit dem das Testlicht von dem Testobjekt ausgeht, gleichzeitig variiert; und einen elektronischen Prozessor, der mit dem Detektor und dem Abtastinterferometer gekoppelt ist, wobei der elektronische Prozessor so konfiguriert ist, dass er eine Winkelabhängigkeit einer optischen Eigenschaft des Testobjekts anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht bestimmt, wenn die optische Weglängendifferenz für jeden der Winkel variiert wird, was durch den Detektor gemessen wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung allgemein eine Vorrichtung bereit, die Folgendes enthält: eine monochromatische Lichtquelle; einen Detektor; ein Abtastinterferometer, das dafür konfiguriert ist, Testlicht, das von einem Testobjekt über eine Reihe von Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es mit Referenzlicht interferiert, auf dem Detektor abzubilden, wobei das Test- und das Referenzlicht von der monochromatischen Lichtquelle ausgehen, wobei – für jeden der Winkel – das Abtastinterferometer außerdem so konfiguriert ist, dass es eine optische Weglängendifferenz von der Quelle zum Detektor zwischen interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts mit einer Rate, die von dem Winkel abhängt, mit dem das Testlicht von dem Testobjekt ausgeht, gleichzeitig variiert; und einen elektronischen Prozessor, der mit dem Detektor und dem Abtastinterferometer gekoppelt ist, wobei der elektronische Prozessor so konfiguriert ist, dass er eine Dicke eines Dünnfilms auf dem Testobjekt anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht bestimmt, wenn die optische Weglängendifferenz für jeden der Winkel variiert wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung allgemein eine Vorrichtung bereit, die ein Abtastinterferometriesystem und einen elektronischen Prozessor enthält, der mit dem Abtastinterferometriesystem gekoppelt ist, wobei der elektronische Prozessor so konfiguriert ist, dass er eine Winkelabhängigkeit einer optischen Eigenschaft eines Testobjekts anhand von Abtastinterferometriedaten für das Testobjekt, die von dem Abtastinterferometriesystem erzeugt wurden, bestimmt.

Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung allgemein eine Vorrichtung bereit, die ein monochromatisches Abtastinterferometriesystem und einen elektronischen Prozessor enthält, der mit dem Abtastinterferometriesystem gekoppelt ist, wobei der elektronische Prozessor so konfiguriert ist, dass er eine Dicke eines Dünnfilms auf dem Testobjekt anhand von monochromatischen Abtastinterferometriedaten für das Testobjekt bestimmt.

Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung allgemein eine Vorrichtung bereit, die Folgendes enthält: ein Abtastinterferometer, das dafür konfiguriert ist, Testlicht, das von einem Testobjekt über eine Reihe von Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es mit Referenzlicht interferiert, auf einem Detektor abzubilden, wobei das Test- und das Referenzlicht von einer gemeinsamen Quelle ausgehen, wobei das Abtastinterferometer außerdem so konfiguriert ist, dass es eine optische Weglängendifferenz von der Quelle zum Detektor zwischen interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts mit einer Rate, die von dem Winkel abhängt, mit dem das Testlicht von dem Testobjekt ausgeht, für jeden der Winkel gleichzeitig variiert, wobei das Abtastinterferometer eine Objektivlinse, die so angeordnet ist, dass sie das von dem Testobjekt ausgehende Testlicht einfängt, und wenigstens eine Polarisationsoptik enthält, die in einer Pupillenebene des Objektivs angeordnet ist.

Die wenigstens eine Polarisationsoptik kann beispielsweise eine Polarisation erzeugen, die über die Pupillenebene hinweg variiert.

Des Weiteren kann die wenigstens eine Polarisationsoptik ein Polarisationsfilter und wenigstens eine Wellenplatte enthalten. Die wenigstens eine Polarisationsoptik kann beispielsweise zwei Wellenplatten enthalten, die an verschiedenen Positionen in der Pupillenebene angeordnet sind.

Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung allgemein eine Vorrichtung bereit, die Folgendes enthält: ein Abtastinterferometer, das dafür konfiguriert ist, Testlicht, das von einem Testobjekt über eine Reihe von Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es mit Referenzlicht interferiert, auf einem Detektor abzubilden, wobei das Test- und das Referenzlicht von einer gemeinsamen Quelle ausgehen, wobei das Abtastinterferometer außerdem so konfiguriert ist, dass es eine optische Weglängendifferenz von der Quelle zum Detektor zwischen interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts mit einer Rate, die von dem Winkel abhängt, mit dem das Testlicht von dem Testobjekt ausgeht, für jeden der Winkel gleichzeitig variiert, wobei das Interferometer ein Quellenmodul umfasst, dass dafür konfiguriert ist, das Testobjekt mit im Wesentlichen kollimiertem Licht zu beleuchten. Die Vorrichtung kann beispielsweise des Weiteren die gemeinsame Quelle enthalten, und die gemeinsame Quelle kann eine monochromatische Quelle sein.

Des Weiteren können Ausführungsformen von einer oder mehreren der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtungen eines oder mehrere der entsprechenden Merkmale enthalten, die oben im Zusammenhang mit dem ersten Verfahren beschrieben wurden. Sofern nicht anders definiert, haben alle technischen und wissenschaftlichen Begriffe, die im vorliegenden Text verwendet werden, die Bedeutung, in der ein Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet sie gemeinhin versteht. Alle Publikationen, Patentanmeldungen, Patente und sonstigen Verweisquellen, die im vorliegenden Text erwähnt werden, werden in ihrem vollen Umfang durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen. Im Fall sich widersprechender Aussagen hat die vorliegende Spezifikation, einschließlich der Definitionen, Vorrang.

Weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Detaillierten Beschreibung hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Zeichnung eines Abtastinterferometriesystems vom Linnik-Typ.
2 ist ein Schaubild, das die Beleuchtung des Prüfstücks durch eine Objektivlinse zeigt.
3 ist ein Schaubild einer Dünnfilmstruktur.
4 ist ein simuliertes Interferenzmuster I(ζ,h) für die in 3 gezeigte Struktur, die aus 1,8 μm SiO₂ auf Si aufgebaut ist, unter Verwendung von monochromatischem Licht von 550 nm und eines Linnik-Objektivs mit einer NA von 0,9. Es ist zu beachten, dass die Interferenzsignale von beiden Oberflächen miteinander vermischt werden.
5 ist ein simuliertes Interferenzmuster I(ζ,h) für ein einfaches SiO₂-Prüfstück mit einer einzelnen Oberfläche (d. h. keine Dünnfilme) zum Vergleich mit 4.
6 ist ein Kurvendiagramm, das den Betrag Q(ϕ,h) der Fourier-Transformierten des Signals von 4 zeigt, das durch vertikales Abtasten der Dünnfilmstruktur von 3 erzeugt wurde. Die Raumfrequenz bezieht sich auf den Einfallswinkel gemäß Gleichung (4).
7 ist ein Kurvendiagramm, das den Betrag Q(ϕ,h) der Fourier-Transformierten des Signals von 5 für das Prüfstück mit der einzelnen Oberfläche zeigt. Der zunehmende Betrag bei niedrigeren Raumfrequenzen ist das Ergebnis eines zunehmenden Reflexionsvermögens bei flachen Einfallswinkeln.
8 ist ein Kurvendiagramm, welches das erwartete Resultat von P(ϕ)V₀(ϕ)√Z(ϕ) für die Dünnfilmstruktur mit SiO₂ auf Si von 3 für drei Filmdicken in Inkrementen von 0,02 μm vergleicht (siehe Gleichung (9)).
9 ist ein Kurvendiagramm der Phase α_Q(ϕ,h) als Funktion der Raumfrequenz für das Signal von 4, das durch vertikales Abtasten der Dünnfilmstruktur von 3 erzeugt wurde. Die Raumfrequenz bezieht sich auf den Einfallswinkel gemäß Gleichung (4). Es ist nicht nur das Gefälle der Phase zu beachten, sondern auch die ausgeprägte Nichtlinearität im Vergleich zu der einfacheren Einzeloberflächenreflexion von 10.
10 ist ein Kurvendiagramm der Phase α_Q(ϕ,h) als Funktion der Raumfrequenz für das Signal von 5 für das Einzeloberflächenmuster zum Vergleich mit 9.
11 ist eine schematische Zeichnung eines Abtastinterferometriesystems vom Mirau-Typ.
12 ist ein Schaubild, das die radiale Polarisation in der Pupillenebene veranschaulicht.
Gleiche Bezugszahlen bedeuten in den einzelnen Zeichnungen gleiche Elemente.
Detaillierte Beschreibung
1 zeigt ein Abtastinterferometer vom Linnik-Typ. Beleuchtungslicht 102 von einer (nicht gezeigten) Quelle wird teilweise durch einen Strahlenteiler 104 durchgelassen, wodurch das Referenzlicht 106 gebildet wird, und wird teilweise durch den Strahlenteiler 104 reflektiert, wodurch das Messlicht 108 gebildet wird. Das Messlicht wird durch ein Messobjektiv 110 auf ein Prüfstück 112 (beispielsweise ein Prüfstück, das einen Einzel- oder Mehrschichtdünnfilm aus einem oder mehreren ungleichen Materialien umfasst) fokussiert. Gleichermaßen wird das Referenzlicht durch ein Referenzobjektiv 114 auf einen Referenzspiegel 116 fokussiert. Das Mess- und das Referenzobjektiv besitzen vorzugsweise gleiche optische Eigenschaften (beispielsweise aufeinander abgestimmte numerische Aperturen). Messlicht, das vom Prüfstück 112 reflektiert (oder gestreut oder gebeugt) wird, breitet sich durch das Messobjektiv 110 zurück aus, wird vom Strahlenteiler 104 durchgelassen und durch die Abbildungslinse 118 auf einem Detektor 120 abgebildet. In ähnlicher Weise breitet sich Referenzlicht, das vom Referenzspiegel 116 reflektiert wird, durch das Referenzobjektiv 114 zurück aus, wird durch den Strahlenteiler 104 reflektiert und durch die Abbildungslinse 118 auf einem Detektor 120 abgebildet, wo es mit dem Messlicht interferiert.
Aus Gründen der Einfachheit zeigt 1, wie das Mess- und das Referenzlicht auf bestimmte Punkte auf dem Prüfstück bzw. auf dem Referenzspiegel fokussiert werden und anschließend auf einem entsprechenden Punkt auf dem Detektor interferieren. Dieses Licht entspricht jenen Anteilen des Beleuchtungslichts, die sich senkrecht zu den Pupillenebenen für den Mess- und den Referenzabschnitt des Interferometers ausbreiten. Andere Anteile des Beleuchtungslichts beleuchten schließlich andere Punkte auf dem Prüfstück und dem Referenzspiegel, die dann auf entsprechenden Punkten auf dem Detektor abgebildet werden. In 1 wird dies durch die Strichlinien 122 veranschaulicht, die den Hauptstrahlen entsprechen, die von verschiedenen Punkten auf dem Prüfstück ausgehen, die auf entsprechenden Punkten auf dem Detektor abgebildet werden. Die Hauptstrahlen schneiden sich in der Mitte der Pupillenebene 124 des Messabschnitts, wobei es sich um die hintere Brennebene des Messobjektivs 110 handelt. Licht, das von dem Prüfstück in einem anderen Winkel als dem Winkel der Hauptstrahlen ausgeht, überschneidet sich an einer anderen Stelle der Pupillenebene 124.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der Detektor 120 eine Mehrelementkamera (d. h. eine Mehrpixelkamera) zum unabhängigen Messen der Interferenz zwischen dem Mess- und dem Referenzlicht, das verschiedenen Punkten auf dem Prüfstück und dem Referenzspiegel entspricht (d. h. zum Erzeugen einer räumlichen Auflösung für das Interferenzmuster).
Ein Abtasttisch 126, der mit dem Prüfstück 112 verbunden ist, tastet die Position des Prüfstücks relativ zum Messobjektiv 110 ab, was in 1 durch die Abtastkoordinate ζ bezeichnet ist. Der Abtasttisch kann beispielsweise auf einem piezoelektrischen Wandler (piezoelectric transducer, PZT) basieren. Der Detektor 120 misst die Intensität der optischen Interferenz an einem oder mehreren Pixeln des Detektors, während die relative Position des Prüfstücks abgetastet wird, und sendet dieses Informationen zur Analyse an einen Computer 128.
Weil das Abtasten in einer Region erfolgt, wo das Messlicht auf das Prüfstück fokussiert wird, variiert der Abtastvorgang die optische Weglänge des Messlichts von der Quelle zum Detektor unterschiedlich je nach dem Winkel des Messlichts, das auf das Prüfstück fällt oder von dem Prüfstück ausgeht. Infolge dessen wird die optische Wegdifferenz (OPD) von der Quelle zum Detektor zwischen interferierenden Anteilen des Mess- und des Referenzlichts je nach dem Winkel des Messlichts, das auf das Prüfstück fällt oder von dem Prüfstück ausgeht, unterschiedlich mit der Abtastkoordinate ζ skaliert. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das gleiche Ergebnis erreicht werden, indem man die Position des Referenzspiegels 116 relativ zum Referenzobjektiv 114 abtastet (anstatt das Prüfstück 112 relativ zum Messobjektiv 110 abzutasten).
Dieser Unterschied in der Art und Weise, wie die OPD mit der Abtastkoordinate ζ variiert, bringt eine begrenzte Kohärenzlänge in dem Interferenzsignal mit sich, das an jedem Pixel des Detektors gemessen wird. Beispielsweise wird das Interferenzsignal (als eine Funktion der Abtastkoordinate) in der Regel durch eine Einhüllende moduliert, die eine räumliche Kohärenzlänge in der Größenordnung von λ/2(NA)² aufweist, wobei λ die Nennwellenlänge des Beleuchtungslichts und NA die numerische Apertur des Mess- und des Referenzobjektivs ist. Wie weiter unten noch beschrieben wird, erbringt die Modulation des Interferenzsignals winkelabhängige Informationen über das Reflexionsvermögen des Prüfstücks. Um die begrenzte räumliche Kohärenz zu vergrößern, bilden die Objektive in dem Abtastinterferometer vorzugsweise eine große numerische Apertur, beispielsweise größer als 0,7 (oder besonders bevorzugt größer als 0,9).
Das Interferenzsignal kann durch eine begrenzte zeitliche Kohärenzlänge, die zu der spektralen Bandbreite der Beleuchtungsquelle in Beziehung steht, weiter moduliert werden. Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung wird jedoch angenommen, dass die Beleuchtungsquelle nominal monochromatisch ist und dass jegliche Beschränkung der zeitlichen Kohärenz im Vergleich zu der begrenzten räumlichen Kohärenz gering ist. Die Beleuchtungsquelle kann beispielsweise eine Bandbreite aufweisen, die weniger als etwa 2 % ihrer Zentralwellenlänge beträgt.
Bezugnehmend auf das Linnik-Interferometer in 1 beleuchtet und betrachtet das Messobjektiv 110 die Oberfläche des Prüfstücks über einen Bereich von Einfallswinkeln ϕ. Der Interferenzeffekt wird nun mathematisch mittels eines vereinfachten Modells berechnet, wobei eine monochromatische Beleuchtung angenommen wird. Danach wird erklärt, wie die optischen Eigenschaften der Prüfoberfläche durch mathematische Zerlegung des Interferenzmusters in seine winkelabhängigen Beiträge festgestellt werden.
Das komplexe Amplitudenreflexionsvermögen der Oberfläche des Prüfstücks ist z(ϕ), und das entsprechende Intensitätsreflexionsvermögen Z(ϕ) ist: Z(⌀) = |z(⌀)|2. (1)
Die Phasenänderung bei Reflexion (Phase Change On Reflection, PCOR) für die Prüfoberfläche ist: α2(⌀) = arg[z(⌀)] (2),wobei "arg" in Gleichung (2) die Phase des komplexen Amplitudenreflexionsvermögens als Rückgabewert liefert.
Bei einem vereinfachten skalaren (nicht-polarisierten) Modell, wo man die Interferenzeffekte für jeden Einfallswinkel separat betrachtet, ist das Interferenzmuster für einen einzelnen Prüfstückpunkt oder ein einzelnes Kamerapixel proportional zu: g(ϕ,ζ,h) = R0(ϕ) + Z(ϕ) + V0(ϕ)√Z(ϕ)cos[(h – ζ)K(ϕ) + α0(ϕ) + αz(ϕ) (3)wobei ζ die Abtastposition (durch den PZM bewegt) und h das Höhenprofil der Prüfoberfläche ist. Die Parameter R₀(ϕ), V₀(ϕ) und α₀(ϕ) sind DC-Größen-, Kontrast- und Phasenwertcharakteristika der Interferometeroptik, einschließlich des Referenzspiegels 116, die vom Prüfstück 112 unabhängig sind. Wie weiter unten noch beschrieben wird, bestimmt ein Kalibrierungsverfahren diese Parameter unter Verwendung eines bekannten Artefakts von bekannten optischen Eigenschaften. Die Parameter R₀(ϕ), V₀(ϕ) und α₀(ϕ) können je nach Bedarf eine Feldabhängigkeit enthalten, um die optischen Eigenschaften des Instruments zu berücksichtigen.
Die Raumfrequenz K(ϕ) des Interferenzeffekts nimmt als Funktion des Winkels (ϕ) gemäß folgender Gleichung ab: K(ϕ) = 4πλ cos(ϕ), (4)wobei λ die Beleuchtungswellenlänge ist und wobei angenommen wird, dass das Messlicht vom Prüfstück reflektiert wird (d. h. Messlicht strahlt vom Prüfstück in einem Winkel ab, der so groß ist wie der Winkel, mit dem es auf das Prüfstück auftraf). Gleichung (4) basiert auf dem Fakt, dass das Abtasten dort erfolgt, wo das Messlicht (oder Referenzlicht) sich über eine Reihe von Winkeln ausbreitet, wodurch die OPD zwischen interferierenden Anteilen des Mess- und des Referenzlichts je nach dem Winkel des Messlichts, das auf das Prüfstück fällt, unterschiedlich mit der Abtastkoordinate ζ skaliert wird. Infolge dessen beschreibt Gleichung (4) eine eindeutige Beziehung zwischen der Raumfrequenz in dem Interferenzsignal und dem Einfallswinkel.
Unter der Annahme, dass das Quellenlicht an der Pupille räumlich vollkommen inkohärent und monochromatisch ist, ist der Endeffekt aller winkelabhängigen Beiträge des Interferenzphänomens durch das folgende inkohärente Superpositionsintegral gegeben:
wobei ϕ_MAX = arcsin(NA), und die Gewichtungsfunktion Pϕ = sin(ϕ)cos(ϕ) (6)die in den folgenden Beispielen verwendet wird, ist für eine Pupille anwendbar, die gleichmäßig mit Licht beleuchtet wird,
was aus dem Studium des Schaubildes von 2 hervorgeht (wo der Winkel nicht mit ϕ, sondern mit ψ bezeichnet ist).
Für jedes Pixel messen die elektronische Kamera und die Computersteuerung das Interferenzmuster I(ζ,h) über einen Bereich von Abtastpositionen ζ. Die Höhe h und das effektive Reflexionsvermögen z(ϕ) variieren über das Feld hinweg und können für jedes Pixel verschieden sein.
Die spezifische Beziehung zwischen der Raumfrequenz und dem Einfallswinkel ist ein Mittel zur Feststellung der einzelnen Beiträge g(ϕ,ζ,h) zum Interferenzmuster I(ζ,h). Der erste Schritt besteht in der Zerlegung des kompletten Interferenzmusters beispielsweise durch Fourier-Transformation:
Das praktische Erfordernis einer begrenzten Abtastung trunkiert die Integration über alle ζ in Gleichung (7) auf einen begrenzten Wertebereich, der so viel von dem Interferenzsignal enthält, wie für genaue Ergebnisse nötig ist. Es kann auch jede andere Transformation verwendet werden, die das Interferenzmuster in ähnlicher Weise zerlegt. Die Transformation in eine Raumfrequenzdomäne wird allgemein als Frequenzdomänenanalyse (FDA) bezeichnet.
Die Zerlegung q[K(ϕ),h] kann folgendermaßen interpretiert werden. Die Raumfrequenz-Null- oder DC-Terme sind als Funktion des Winkels ϕ nicht abtrennbar, so dass:
Für alle anderen Raumfrequenzkomponenten mit einer Raumperiode, die viel kleiner ist als der tatsächlich mögliche Bereich in der Integration, ist der Betrag von q[K(ϕ),h]: Q(ϕ,h) = |q[K(ϕ),h]| = P(ϕ)V0(ϕ)√Z(ϕ) (9) und die komplexe Phase ist: αQ(ϕ,h) = arg{q[K(ϕ),h]} = hK(ϕ) + α0(ϕ) + αz(ϕ). (10)
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wurden die Charakteristika des optischen Systems α₀(ϕ), P(ϕ), V₀(ϕ) durch vorherige Kalibrierung ermittelt, beispielsweise mittels einer Probe eines bekannten Artefakts, wie es im Begleittext zu Gleichung (3) angemerkt wurde. Beispielsweise kann die Messung mittels eines Prüfstücks vorgenommen werden, das eine bekannte Oberflächenhöhe und ein bekanntes Reflexionsvermögen aufweist, so dass die Charakteristika des optischen Systems aus den Gleichungen (9) und (10) hergeleitet werden können. Wenn die Charakteristika des optischen Systems zuvor ermittelt wurden, so geben die Gleichungen (9) und (10) Informationen zur Oberflächenhöhe h und zu den beiden optischen Eigenschaften Z(ϕ) und α_z(ϕ) der Oberfläche über den Bereich von Einfallswinkeln ϕ. Die optischen Eigenschaften Z(ϕ) und α_z(ϕ) sind selbst oft durch fundamentale Prinzipien, wie beispielsweise die bekannten optischen Eigenschaften von Materialien und Dünnfilmen, mit spezifischen Oberflächenparametern wie beispielsweise der Filmdicke verknüpft. Darum können diese Parameter, zusammen mit der Oberflächenhöhe, so eingestellt werden, dass sie am besten zur Messphase α_Q(ϕ,h) und zum Betrag Q(ϕ,h) von q[K(ϕ),h] passen.
Als Beispiel betrachten wir die Dünnfilmstruktur von 3. Das effektive Reflexionsvermögen dieser Struktur ist gegeben durch:
wobei r₁(ϕ) und r₂(ϕ') das Reflexionsvermögen der Oberseite bzw. der Unterseite sind und ϕ' der Einfallswinkel auf der Unterseite ist, der aus ϕ und anhand des Snelliusschen Brechungsgesetzes errechnet wurde. Die Dünnfilm-Gleichung (11) erzeugt prägnante Interferenzeffekte mit einer starken Abhängigkeit von K(ϕ).
Als quantitative Veranschaulichung dieses Beispiels sei ein Siliziumdioxidfilm von 1,8 μm (SiO₂; Index n₁ = 1,46) auf Silizium (Si; Index n₂ = 3,96 + 0,031) bei einer Beleuchtungswellenlänge von 550 nm betrachtet. Das effektive Reflexionsvermögen z(ϕ) folgt aus Gleichung (11) und den Fresnel-Gleichungen für die Reflexionsgrade der Genzflächen. Eine Abtastung dieser Probenoberfläche bezüglich des Interferenzobjektivs erzeugt ein Signal wie beispielsweise in 4. Zum Vergleich zeigt 5 ein simuliertes Interferenzmuster I(ζ,h) für ein einfaches SiO₂-Prüfstück mit einer einzigen Oberfläche (d. h. eines dicken Prüfstücks aus SiO₂ ohne Dünnfilmschicht).
Nach der Datenerfassung wandelt der Computer Signale, ähnlich denen von 4, für jeden Bildpunkt in die Frequenzdomäne um. Die Signale und Transformierten können sich aufgrund von Feldabweichungen in der Oberflächentopografie, den Parametern des optischen Systems und der Filmdicke von Pixel zu Pixel unterscheiden. 6 zeigt den Betrag (in diesem Fall die Amplitude) jedes einzelnen Raumfrequenzbeitrags zu dem Signal in 4. Dieses Ergebnis zeigt überaus prägnante Merkmale, wenn man es mit dem in 7 gezeigten Frequenzdomänenbetrag vergleicht, die durch eine einfache Einzeloberflächenstruktur erzeugt wurde, welche das in 5 gezeigte Interferenzsignal aufweist.
Ein Vergleich von 6 mit 7, beispielsweise unter Verwendung von 7 als Kalibrierung, erbringt eine unzweideutige Feststellung des Vorhandenseins eines Dünnfilms. Wenn man des Weiteren 6 mit der theoretischen Erwartung auf der Basis des effektiven Reflexionsvermögens des Prüfstücks vergleicht, so kann der Computer beispielsweise die Dicke des Films ermitteln, wobei von den bekannten Eigenschaften von SiO₂ und Si ausgegangen wird. Dies wird durch 8 veranschaulicht, wo die erwarteten Ergebnisse dreier unterschiedlicher Filme verglichen werden, von denen nur ein einziger (der mit 1,80 μm) gut zu den Fourier-transformierten Interferenzdaten von 6 passt.
Eine ähnliche Analyse ist auch für die Phase der Fourier-Transformierten nützlich. 9 und 10 zeigen den Unterschied zwischen einer Dünnfilmstruktur und einem einfachen homogenen Prüfstück mit einer einzelnen Oberfläche. Die in 9 erkennbare Nichtlinearität ist eine klare Signatur eines Dünnfilmeffekts. Auch hier erbringt der Vergleich zwischen Messung und Theorie wichtige Filmdickeninformationen auf der Basis von Gleichung (10). Des Weiteren kann man unter Verwendung der aus den Amplitudeninformationen abgeleiteten Dickeninformationen α_z(ϕ) aus Gleichung (11) bestimmen und es in Gleichung (10) verwenden, um die Oberflächenhöhenvariation h unter den verschiedenen Pixeln zu extrahieren.
Bei anderen Ausführungsformen kann ein anderes Interferometriesystem als das von 1 verwendet werden, um die Abtastinterferometriedaten I(ζ,h) an jedem Pixel der Kamera zu erzeugen. Beispielsweise kann das Interferometriesystem ein Interferometer vom Mirau-Typ, wie in 11 gezeigt, sein.
Bezugnehmend auf 11 gibt ein Quellenmodul 205 Beleuchtungslicht 206 an einen Strahlenteiler 208 ab, der es zu einer interferometrischen Objektivbaugruppe 210 vom Mirau-Typ leitet. Die Baugruppe 210 enthält eine Objektivlinse 211, eine Referenzplanplatte 212, die auf einem kleinen mittigen Abschnitt mit einer Reflexionsbeschichtung versehen ist, welche einen Referenzspiegel 215 definiert, und einen Strahlenteiler 213.
Während des Betriebes fokussiert die Objektivlinse 211 das Beleuchtungslicht durch die Referenzplanplatte 212 hindurch in Richtung eines Prüfstücks 220. Der Strahlenteiler 213 reflektiert einen ersten Anteil des fokussierten Lichts zum Referenzspiegel 215, wodurch das Referenzlicht 222 gebildet wird, und lässt einen zweiten Anteil des fokussierten Lichts zum Prüfstück 220 durch, wodurch das Messlicht 224 gebildet wird. Dann rekombiniert der Strahlenteiler 213 das vom Prüfstück 220 reflektierte (oder abgestreute) Messlicht mit dem vom Referenzspiegel 215 reflektierten Referenzlicht, und das Objektiv 211 und die Abbildungslinse 230 bilden das kombinierte Licht so ab, dass es auf dem Detektor (beispielsweise einer Mehrpixelkamera) 240 interferiert. Wie bei dem System von 1 werden das oder die Messsignale vom Detektor zu einem (nicht gezeigten) Computer gesandt.
Für das Abtasten in der Ausführungsform von 11 wird ein piezoelektrischer Wandler (PZT) 260 verwendet, der mit einer interferometrischen Objektivbaugruppe 210 vom Mirau-Typ gekoppelt ist und so konfiguriert ist, dass er die Baugruppe 210 als Ganzes relativ zum Prüfstück 220 entlang der optischen Achse des Objektivs 211 abtastet, um so die Abtastinterferometriedaten I(ζ,h) an jedem Pixel der Kamera zu erzeugen. Der PZT kann alternativ auch an das Prüfstück anstatt an die Baugruppe 210 gekoppelt sein, um die Relativbewegung zwischen beiden zu erzeugen, wie durch die PZT-Bewegungsvorrichtung 270 angedeutet. In weiteren Ausführungsformen kann das Abtasten in der Weise erfolgen, dass man den Referenzspiegel 215 und/oder den Strahlenteiler 213 relativ zum Objektiv 211 entlang der optischen Achse des Objektivs 211 bewegt.
Das Quellenmodul 205 enthält eine räumlich ausgedehnte Quelle 201, ein durch die Linsen 202 und 203 gebildetes Teleskop und eine Blende 204, die in der vorderen Brennebene der Linse 202 (die mit der hinteren Brennebene der Linse 203 übereinstimmt) angeordnet ist. Diese Anordnung bildet die räumlich ausgedehnte Quelle auf der Pupillenebene 245 der interferometrischen Objektivbaugruppe 210 vom Mirau-Typ ab, was ein Beispiel für eine Köhlersche Abbildung ist. Die Größe der Blende steuert die Größe des Beleuchtungsfeldes auf dem Prüfstück 220. Bei anderen Ausführungsformen kann das Quellenmodul eine Anordnung enthalten, bei der eine räumlich ausgedehnte Quelle direkt auf dem Prüfstück abgebildet wird, was man auch kritische Abbildung nennt. Jeder dieser Quellenmodultypen kann in Verbindung mit dem in 1 gezeigten Abtastinterferometriesystem vom Linnik-Typ verwendet werden.
Bei weiteren Ausführungsformen kann das Abtastinterferometer vom Michelson-Typ sein.
Bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann das Abtastinterferometriesystem dazu verwendet werden, winkelabhängige Abstreuungs- oder Beugungsinformationen über ein Prüfstück zu gewinnen, beispielsweise für eine Streulichtanalyse (Scatterometry). Das Abtastinterferometriesystem kann beispielsweise dafür verwendet werden, ein Prüfstück mit Testlicht zu beleuchten, das nur über einen sehr schmalen Einfallswinkelbereich einfällt (beispielsweise im Wesentlichen senkrecht, oder auf sonstige Weise kollimiert) und das dann vom Prüfstück abgestreut oder gebeugt werden kann. Das vom Prüfstück ausgehende Licht wird dergestalt auf einer Kamera abgebildet, dass es mit Referenzlicht interferiert, wie oben beschrieben. Wie im Fall des reflektierten Lichts in den oben beschriebenen Ausführungsformen variiert die Raumfrequenz jeder Komponente in dem Abtastinterferometriesignal mit dem Winkel des Testlichts, das vom Prüfstück ausgeht. Bei im Wesentlichen senkrechtem Lichteinfall variiert die Raumfrequenz gemäß folgender Gleichung: K(ϕ) = 2πλ cos(ϕ), (12)die sich – aufgrund des senkrechten Lichteinfalls – von Gleichung (4) um den Faktor 2 unterscheidet. Die übrigen Teile der mathematischen Analyse bleiben jedoch unverändert, und die Abtastinterferometriedaten I(ζ,h) von einem abstreuenden oder beugenden Prüfstück können gemäß den Gleichungen (7) bis (10) analysiert werden, um die winkelabhängigen Streuungs- oder Beugungskoeffizienten für Phase und Amplitude des Prüfstücks zu erhalten. Eine vertikale Abtastung (d. h. eine Abtastung entlang der optischen Achse eines Objektivs) mit anschließender Fourier-Analyse ermöglicht somit eine Messung von gebeugtem und/oder gestreutem Licht in Abhängigkeit vom Abstrahlungswinkel, ohne direkt auf die hintere Brennebene des Objektivs zuzugreifen oder sie abzubilden. Des Weiteren kann, wie oben, die Winkelabhängigkeit solcher optischer Eigenschaften lokal über einen Bereich des Prüfstücks auf der Basis der Auflösung des Abbildungssystems und der Kamerapixelgröße bestimmt werden. Um die im Wesentlichen senkrecht einfallende Beleuchtung zu erhalten, kann beispielsweise das Quellenmodul so konfiguriert werden, dass eine Punktquelle auf der Pupillenebene abgebildet wird oder dass auf sonstige Weise der Grad vermindert wird, in dem das Beleuchtungslicht die numerische Apertur des Messobjektivs ausfüllt. Die Technik der Streulichtanalyse kann zweckmäßig sein, um diskrete Strukturen in der Prüfoberfläche aufzulösen, wie beispielsweise Gitterlinien, Ränder oder allgemeine Oberflächenrauigkeit, die Licht auf höhere Winkel beugen und/oder streuen kann.
Bei den obigen Ausführungsformen wurde davon ausgegangen, dass der Polarisationszustand des Lichts in der Pupillenebene zufällig ist, d. h. aus ungefähr gleichen Mengen von sowohl s- Polarisationen (orthogonal zur Einfallsebene) als auch p-Polarisationen (orthogonal zur Einfallsebene) besteht. Es sind auch alternative Polarisationen möglich, beispielsweise eine reine s-Polarisation, wie es beispielsweise mittels eines radialen Polarisationsfilters, das in die Pupillenebene eingesetzt wird (beispielsweise in die hintere Brennebene des Messobjekts im Fall eines Linnik-Interferometers und in die hintere Brennebene des gemeinsamen Objektivs im Mirau-Interferometer), realisiert werden kann. Eine solche radiale Polarisation ist in 12 veranschaulicht. Weitere mögliche Polarisationen sind beispielsweise die radiale p-Polarisation, die zirkulare Polarisation und die modulierte (beispielsweise zwei Zustände, wobei einer auf den anderen folgt) Polarisation für Ellipsometriemessungen. Oder anders ausgedrückt: Optische Eigenschaften des Prüfstücks können nicht nur bezüglich ihrer Winkelabhängigkeit, sondern auch bezüglich ihrer Polarisationsabhängigkeit oder bezüglich einer gewählten Polarisation bestimmt werden. Solche Informationen können auch verwendet werden, um die Genauigkeit der Charakterisierung einer Dünnfilmstruktur zu erhöhen.
Um solche Ellipsometriemessungen vorzunehmen, kann das Abtastinterferometriesystem ein festes oder ein variables Polarisationsfilter in der Pupillenebene beinhalten. Bezugnehmend auf 11 weist das Interferometriesystem vom Mirau-Typ beispielsweise eine Polarisationsoptik 280 in der Pupillenebene auf, um eine gewünschte Polarisation für ein Licht auszuwählen, das auf das Prüfstück auftrifft und vom Prüfstück ausgeht. Des Weiteren kann die Polarisationsoptik rekonfigurierbar sein, um die gewählte Polarisation zu ändern. Die Polarisationsoptik kann ein oder mehrere Elemente enthalten, beispielsweise Polarisationsfilter, Wellenplatten, Apodisationsaperturen und/oder Modulationselemente zum Auswählen einer bestimmten Polarisation. Des Weiteren kann die Polarisationsoptik fest, strukturiert oder rekonfigurierbar sein, um Daten zu erzeugen, die denen eines Ellipsometers ähneln; beispielsweise eine erste Messung mit einer radial polarisierten Pupille für eine s-Polarisation, gefolgt von einer radial polarisierten Pupille für eine p-Polarisation. In einem anderen Beispiel kann man eine apodisierte Pupillenebene mit linear polarisiertem Licht verwenden, beispielsweise einen Schlitz oder Keil, der in der Pupillenebene so gedreht werden kann, dass jeder gewünschte lineare Polarisationszustand auf das Objekt gelenkt wird, oder einen rekonfigurierbaren Schirm wie beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige.
Des Weiteren kann die Polarisationsoptik eine variable Polarisation auf der Pupillenebene erzeugen (beispielsweise durch Einbau mehrerer Polarisationsfilter oder eines Raummodulators). Auf diese Weise kann man den Polarisationszustand entsprechend der Raumfrequenz "markieren", indem man beispielsweise für hohe Einfallswinkel eine andere Polarisation verwendet als für flache Einfallswinkel.
In weiteren Ausführungsformen kann die wählbare Polarisation mit einer Phasenverschiebung als Funktion der Polarisation kombiniert werden. Beispielsweise kann die Polarisationsoptik ein lineares Polarisationsfilter enthalten, das in der Pupillenebene angeordnet ist, worauf zwei Wellenplatten (beispielsweise Platten für die achte Welle) in gegenüberliegenden Quadranten der Pupillenebene folgen. Die lineare Polarisation führt zu einem vollständigen Bereich an Polarisationswinkeln bezüglich der Einfallsebenen des Objektivs. Wenn die Wellenplatten so ausgerichtet sind, dass beispielsweise das überwiegend s-polarisierte Licht eine feste Phasenverschiebung aufweist, so ist sowohl radiales s-polarisiertes als auch p-polarisiertes Licht gleichzeitig vorhanden, aber – beispielsweise um Pi – zueinander phasenverschoben, so dass das Interferometer praktisch die Differenz zwischen diesen beiden Polarisationszuständen als das Grundsignal erkennt.
Wie oben beschrieben, gestattet das Anordnen der Polarisationsoptik in der Pupillenebene verschiedene nach Winkeln zerlegte Polarisationsmessungen. In weiteren Ausführungsformen kann die Polarisationsoptik aber auch an anderen Stellen in der Vorrichtung angeordnet sein. Eine lineare Polarisation beispielsweise kann überall im System erreicht werden.
In weiteren Ausführungsformen können die oben angesprochenen Reflektometrie-, Streulichtanalyse- und Ellipsometrietechniken nacheinander für verschiedene Wellenlängen wiederholt werden, um die Wellenlängenabhängigkeit der interessierenden optischen Eigenschaften des Prüfstücks festzustellen. Derartige Informationen können zur Ausgestaltung komplexerer Oberflächenmodelle verwendet werden.
Andere Ausführungsformen der Erfindung können Breitbandbeleuchtung beinhalten. Beispielsweise kann die Beleuchtung eine Breitbandbeleuchtung sein, wie es beispielsweise bei Weißlichtinterferenzmikroskopen üblich ist. Dies vergrößert die Menge an Informationen, die der Computer optimal einem komplexen Oberflächenmodell zuordnen kann.
Bei der Lichtquelle für die Abtastinterferometriesysteme kann es sich beispielsweise um einen Laser, eine Laserdiode, eine Leuchtdiode, eine gefilterte Glühfadenquelle oder eine Lichtbogenlampe handeln.
Die oben beschriebenen Verfahren und Systeme können sich besonders für Halbleiteranwendungen als nützlich erweisen.
Weitere Ausführungsformen der Erfindungen beinhalten die Durchführung einer oder mehrerer der oben beschriebenen Messtechniken für die nachstehend beschriebenen Halbleiteranwendungen.
In der Halbleiterindustrie ist es derzeit von großem Interesse, quantitative Messungen der Oberflächentopografie vorzunehmen. Aufgrund der geringen Größe typischer Chipstrukturmerkmale müssen die Instrumente, mit denen diese Messungen durchgeführt werden, in der Regel eine hohe räumliche Auflösung sowohl parallel als auch senkrecht zur Chipoberfläche aufweisen. Ingenieure und Wissenschaftler verwenden Oberflächentopografiemesssysteme zur Prozesssteuerung und zur Erkennung von Defekten, zu denen es während der Herstellung kommt, insbesondere im Ergebnis von Prozessen wie beispielsweise Ätzen, Polieren, Reinigen und Strukturieren.
Damit Prozesssteuerung und Defekterkennung von hohem Nutzen sind, muss ein Oberflächentopografiemesssystem eine laterale Auflösung besitzen, die der lateralen Größe typischer Oberflächenstrukturmerkmale vergleichbar ist, und muss eine vertikale Auflösung besitzen, die der kleinsten zulässigen Oberflächenstufenhöhe vergleichbar ist. In der Regel erfordert dies eine laterale Auflösung von weniger als einem Mikron und eine vertikale Auflösung von weniger als 1 Nanometer. Ein solches System nimmt außerdem seine Messungen vorzugsweise vor, ohne die Chipoberfläche zu berühren oder auf sonstige Weise potenziell beschädigende Kräfte auf die Chipoberfläche auszuüben, so dass weder die Oberfläche verändert wird noch Defekte hineingetragen werden. Da allgemein bekannt ist, dass die Auswirkungen vieler Prozesse, die in der Chipherstellung angewendet werden, stark von lokalen Faktoren, wie beispielsweise Strukturdichte und Kantennähe, abhängen, ist es des Weiteren wichtig, dass ein Oberflächentopografiemesssystem einen hohen Messungsdurchsatz hat und in der Lage ist, dicht über großen Flächen in Regionen, die ein oder viele interessierende Oberflächenstrukturmerkmale enthalten können, Abtastungen vorzunehmen.
Die Chiphersteller gehen zunehmend dazu über, elektrische Verbindungen zwischen verschiedenen Abschnitten auf einem Chip mittels des sogenannten Double Damascene Copper Prozesses herzustellen. Dies ist ein Beispiel für einen Prozess, der sich effektiv mittels eines geeigneten Oberflächentopografiesystems charakterisieren lässt. Der Double-Damascene-Copper-Prozess lässt sich in fünf Teile untergliedern: (1) Ablagern eines Zwischenschicht-Dielektrikums (Interlayer Dielectric – ILD), wobei eine Schicht aus einem dielektrischen Material (wie beispielsweise ein Polymer oder Glas) auf der Oberfläche eines Wafers (der eine Mehrzahl einzelner Chips enthält) abgelagert wird; (2) chemisch-mechanisches Polieren (CMP), wobei die dielektrische Schicht so poliert wird, dass eine glatte Oberfläche entsteht, die sich für die optische Präzisionslithografie eignet; (3) eine Kombination aus Schritten der lithografischen Strukturierung und der reaktiven Ionenätzung, wobei ein komplexes Netz geschaffen wird, das schmale Gräben, die parallel zur Waferoberfläche verlaufen, und kleine Durchkontakte, die vom Boden der Gräben zu einer tiefergelegenen (zuvor definierten) elektrisch leitfähigen Schicht verlaufen, umfasst; (4) eine Kombination aus Metallablagerungsschritten, die bewirken, dass die Gräben und Durchkontakte mit Kupfer überfüllt werden; und (5) eine abschließende chemisch-mechanisches Polierung (CMP), wobei das überschüssige Kupfer entfernt wird und ein Netz aus mit Kupfer befüllten Gräben (und eventuell Durchkontakten), umgeben von dielektrischem Material, zurückbleibt.
Die Dicke des Kupfers in den Grabenbereichen (d. h. die Grabentiefe) und die Dicke des umgebenden dielektrischen Materials bewegen sich normalerweise im Bereich von 0,2 bis 0,5 Mikron. Die Breite der resultierenden Gräben kann sich in einem Bereich von 100 bis 100.000 Nanometern bewegen, und die Kupferregionen innerhalb jedes Chips können in einigen Regionen regelmäßige Strukturen bilden, wie beispielsweise Anordnungen aus parallelen Linien, und können in anderen Regionen gar keine erkennbare Struktur aufweisen. Gleichfalls kann die Oberfläche in einigen Regionen dicht mit Kupferregionen überzogen sein, und in anderen Regionen können die Kupferregionen spärlich verteilt sein. Es ist wichtig zu verstehen, dass die Polierrate und damit die nach dem Polieren verbleibende Kupferdicke (und Dicke des Dielektrikums) stark und in komplexer Weise von den Polierbedingungen (wie beispielsweise dem Polierkissendruck und der Zusammensetzung der Polierschlämme) sowie von der lokalen konkreten Anordnung (beispielsweise Ausrichtung, Nähe und Gestalt) der Kupferregionen und der umgebenden Dielektrikum-Regionen abhängen.
Es ist bekannt, dass diese positionsabhängige Polierrate bei vielen lateralen Längenmaßstäben zu einer unterschiedlichen Oberflächentopografie führt. Es kann beispielsweise bedeuten, dass Chips, die sich näher am Rand des Wafers befinden, insgesamt schneller poliert werden als jene, die näher in der Mitte liegen, wodurch Kupferregionen entstehen, die nahe den Rändern dünner als gewünscht und in der Mitte dicker als gewünscht sind. Die ist ein Beispiel für eine Prozessungleichmäßigkeit im Wafermaßstab – d. h, eine Ungleichmäßigkeit, zu der es in einem Längenmaßstab kommt, der dem Waferdurchmesser vergleichbar ist. Es ist außerdem bekannt, dass Regionen, die eine hohe Dichte an Kupfergräben aufweisen, mit einer höheren Rate poliert werden als in der Nähe befindliche Regionen mit geringen Kupferleitungsdichten. Das führt in den Regionen mit hohen Kupferdichten zu einem Phänomen, das als "CMP-induzierte Erosion" bekannt ist. Die ist ein Beispiel für eine Prozessungleichmäßigkeit im Chipmaßstab – d. h. eine Ungleichmäßigkeit, zu der es in einem Längenmaßstab kommt, der den linearen Abmessungen eines einzelnen Chips vergleichbar ist (und manchmal auch viel kleiner ist). Zu einer anderen Art von Ungleichmäßigkeit im Chipmaßstab, die als "Napfbildung" (Dishing) bekannt ist, kommt es innerhalb einzelner kupfergefüllter Grabenregionen (die dazu neigen, mit einer höheren Rate poliert zu werden als das umgebende dielektrische Material). Bei Gräben, die breiter sind als einige Mikrons, kann es zu einer schweren Napfbildung kommen, was dazu führt, dass betroffene Leitungen später einen übermäßig hohen elektrischen Widerstand aufweisen, was den Ausfall eines Chips zur Folge hat.
CMP-induzierte Prozessungleichmäßigkeiten im Wafer- und im Chipmaßstab sind naturgemäß schwer vorherzusagen, und sie können sich im Lauf der Zeit in dem Maße ändern, wie sich die Bedingungen innerhalb des CMP-Verarbeitungssystems verändern. Um die Prozessbedingungen effektiv zu überwachen und zweckmäßig zu korrigieren, um zu gewährleisten, dass jegliche Ungleichmäßigkeiten innerhalb akzeptabler Grenzen bleiben, ist es wichtig, dass die Verfahrenstechniker häufige kontaktfreie Oberflächentopografiemessungen an Chips in großer Zahl und breiter Vielfalt der Messstellen vornehmen. Dies ist unter Verwendung von Ausführungsformen der oben beschriebenen Interferometrietechniken möglich.
Allgemeiner ausgedrückt, können die oben beschriebenen Interferometrietechniken für jedes der folgenden Oberflächenanalyseprobleme verwendet werden: einfache Dünnfilme; mehrschichtige Dünnfilme; scharfe Kanten und Oberflächenstrukturmerkmale, die Licht beugen oder auf sonstige Weise komplexe Interferenzeffekte erzeugen; ungeklärte Oberflächenrauigkeit; ungeklärte Oberflächenstrukturmerkmale, beispielsweise eine Furche mit Teilwellenlängenbreite auf einer ansonsten glatten Oberfläche; ungleiche Materialien; polarisationsabhängige Eigenschaften der Oberfläche; und Ablenkungen, Vibrationen oder Bewegungen der Oberfläche oder deformierbare Oberflächenstrukturmerkmale, die zu einfallswinkelabhängigen Störungen des Interferenzphänomens führen. Im Fall einfacher Dünnfilme kann der interessierende variable Parameter die Filmdicke, der Brechungsindex des Films, der Brechungsindex des Trägermaterials oder eine beliebige Kombination dieser Parameter sein. Im Fall ungleicher Materialien beispielsweise kann die Oberfläche eine Kombination aus Dünnfilm und einem massiven Metall umfassen, und eine Anpassung der winkelabhängigen Oberflächeneigenschaften würde anhand einer Bibliothek theoretischer Vorhersagen vorgenommen werden, was sich auf beide Oberflächenstrukturtypen erstrecken würde, um automatisch den Film oder das massive Metall anhand einer Übereinstimmung mit dem entsprechenden Interferenzintensitätssignal zu identifizieren.
Die oben beschriebenen Computeranalyseverfahren können durch Hardware oder Software oder durch Hard- und Softwarekombinationen implementiert werden. Die Verfahren können in Computerprogrammen unter Verwendung standardmäßiger Programmierungstechniken implementiert werden, die dem Verfahren und den Figuren, die hier beschrieben wurden, folgen. Es wird ein Programmcode zur Dateneingabe verwendet, um die hier beschriebenen Funktionen auszuführen und Ausgabeinformationen zu erzeugen. Die Ausgabeinformationen werden einem oder mehreren Ausgabegeräten wie beispielsweise einem Anzeigemonitor zugeführt. Jedes Programm kann in einer höheren prozeduralen oder objektorientierten Programmiersprache implementiert werden, um mit einem Computersystem zu kommunizieren. Die Programme können aber gewünschtenfalls auch in einer Assembler- oder Maschinensprache implementiert werden. In jedem dieser Fälle kann die Sprache eine Compiler- oder Interpretersprache sein. Überdies kann das Programm auch auf dedizierten integrierten Schaltkreisen ablaufen, die für diesen Zweck vorprogrammiert wurden.
Jedes derartige Computerprogramm wird vorzugsweise auf einem Speichermedium oder einem Speichergerät gespeichert (beispielsweise ROM oder Magnetdiskette), das von einem programmierbaren Allzweck- oder Spezialrechner gelesen werden kann, um den Computer zu konfigurieren und zu betreiben, wenn das Speichermedium oder das Speichergerät von dem Computer gelesen wird, um die hier beschriebenen Prozeduren auszuführen. Das Computerprogramm kann sich während der Programmausführung auch in einem Cache oder Hauptspeicher befinden. Das Analyseverfahren kann auch als computerlesbares Speichermedium implementiert werden, das mit einem Computerprogramm konfiguriert wird, wobei das auf diese Weise konfigurierte Speichermedium veranlasst, dass ein Computer in einer spezifischen und zuvor festgelegten Weise arbeitet, um die hier beschriebenen Funktionen auszuführen.
Es wurde eine Anzahl von Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Ungeachtet dessen versteht es sich, dass verschiedene Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen.
Zusammenfassung
Verfahren, das Folgendes beinhaltet: Abbilden von Testlicht, das von einem Testobjekt über eine Reihe von Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es mit Referenzlicht interferiert, auf einem Detektor, wobei das Test- und das Referenzlicht von einer gemeinsamen Quelle ausgehen; für jeden der Winkel gleichzeitiges Variieren einer optischen Weglängendifferenz von der Quelle zum Detektor zwischen interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts mit einer Rate, die von dem Winkel abhängt, mit dem das Testlicht von dem Testobjekt ausgeht; und Bestimmen einer Winkelabhängigkeit einer optischen Eigenschaft des Testobjekts anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht, wenn die optische Weglängendifferenz für jeden der Winkel variiert wird.
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Claims

Verfahren, das Folgendes umfasst: Abbilden von Testlicht, das von einem Testobjekt über eine Reihe von Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es mit Referenzlicht interferiert, auf einem Detektor, wobei das Test- und das Referenzlicht von einer gemeinsamen Quelle ausgehen; für jeden der Winkel gleichzeitiges Variieren einer optischen Weglängendifferenz von der Quelle zum Detektor zwischen interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts mit einer Rate, die von dem Winkel abhängt, mit dem das Testlicht von dem Testobjekt ausgeht; und Bestimmen einer Winkelabhängigkeit einer optischen Eigenschaft des Testobjekts anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht, wenn die optische Weglängendifferenz für jeden der Winkel variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Detektor eine Kamera mit mehreren Detektorelementen ist und wobei das Abbilden umfasst, dass das Testlicht, das von verschiedenen Stellen des Testobjekts ausgeht, auf entsprechenden Stellen an der Kamera abgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bestimmen der Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft umfasst, dass die Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft an jeder der verschiedenen Stellen des Testobjekts bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft zu Änderungen der optischen Eigenschaft in Abhängigkeit vom Winkel des auf das Testobjekt auftreffenden Testlichts in Beziehung steht.
Verfahren nach Anspruch 4, das des Weiteren umfasst, dass mehrere Stellen des Testobjekts dergestalt mit dem Testlicht beleuchtet werden, dass das Testlicht auf jede der mehreren Stellen über den Bereich von Einfallswinkeln hinweg auftrifft.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei für das Beleuchten und das Abbilden eine gemeinsame Objektivlinse verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei es sich bei der gemeinsamen Quelle um eine räumlich ausgedehnte Quelle handelt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Bereich von Einfallswinkeln einer numerischen Apertur von größer als 0,7 entspricht.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Bereich von Einfallswinkeln einer numerischen Apertur von größer als 0,9 entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft zu Änderungen der optischen Eigenschaft in Abhängigkeit vom Winkel des Testlichts, das vom Testobjekt gestreut wird, in Beziehung steht.
Verfahren nach Anspruch 10, das des Weiteren umfasst, dass mehrere Stellen des Testobjekts mit dem Testlicht, das mit einem gleichmäßigen Einfallswinkel auf das Testobjekt auftrifft, beleuchtet werden, und wobei das Abbilden umfasst, dass Testlicht, das über einen Bereich von Winkeln von jeder Stelle des Testobjekts gestreut wird, auf einer entsprechenden Stelle auf dem Detektor abgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei für das Beleuchten und das Abbilden eine gemeinsame Objektivlinse verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei es sich bei der gemeinsamen Quelle um eine Punktquelle handelt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Bereich von Einfallswinkeln einer numerischen Apertur von größer als 0,7 entspricht.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Bereich von Einfallswinkeln einer numerischen Apertur von größer als 0,9 entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abbilden des Weiteren umfasst, dass das Testlicht in einer Pupillenebene eines für das Abbilden verwendeten optischen Systems polarisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren umfasst, dass das Testobjekt mit dem Testlicht beleuchtet wird und dass das Testlicht in einer Pupillenebene eines zum Beleuchten des Testobjekts verwendeten optischen Systems polarisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die gemeinsame Quelle monochromatisch ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die gemeinsame Quelle eine Zentralwellenlänge und eine Spektralbandbreite von weniger als 2 % der Zentralwellenlänge aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das gleichzeitige Variieren der optischen Weglängendifferenz für jeden der Winkel umfasst, dass das Testobjekt relativ zu einem Objektiv bewegt wird, das dazu dient, das von dem Prüfstück ausgehende Testlicht einzufangen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das gleichzeitige Variieren der optischen Weglängendifferenz für jeden der Winkel umfasst, dass ein Referenzspiegel, der zum Reflektieren des Referenzlichts dient, relativ zu einem Objektiv bewegt wird, das dazu dient, das Referenzlicht auf den Referenzspiegel zu fokussieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das gleichzeitige Variieren der optischen Weglängendifferenz für jeden der Winkel umfasst, dass ein Strahlenteiler bewegt wird, der innerhalb eines Mirau-Interferenzobjektivs angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das gleichzeitige Variieren der optischen Weglängendifferenz für jeden der Winkel eine Raumkohärenzlänge definiert und wobei die optische Weglängendifferenz für wenigstens einen der Winkel über einen Bereich hinweg variiert wird, der größer ist als die Raumkohärenzlänge.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft Folgendes umfasst: Messen eines Interferenzsignals vom Detektor, wenn die optische Weglängendifferenz gleichzeitig für jeden der Winkel variiert wird; und Umwandeln des Interferenzsignals bezüglich einer Koordinate, die der optischen Weglängendifferenz für jeden der Winkel linear proportional ist, um ein umgewandeltes Signal zu erzeugen, das von einer konjugierten Variable für die Koordinate abhängt.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die konjugierte Variable die Raumfrequenz ist.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die konjugierte Variable ein direktes Abbilden des Winkels des Testlichts, das auf das Testobjekt auftrifft oder vom Testobjekt ausgeht, ermöglicht.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei die konjugierte Variable die Raumfrequenz K ist und das direkte Abbilden zwischen der Raumfrequenz und dem Winkel ϕ durch K(ϕ) ∝ cos (ϕ)/λ gegeben ist, wobei λ die Wellenlänge des Testlichts ist.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei das direkte Abbilden zwischen der Raumfrequenz und dem Winkel durch K(ϕ) = 4πcos(ϕ)/λ gegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei das umgewandelte Signal ein direktes Abbilden der Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft ermöglicht.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Umwandlung einer Fourier-Transformation entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die optische Eigenschaft mit dem komplexen Reflexionsvermögen des Testobjekts in Beziehung steht.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei die optische Eigenschaft mit dem Betrag des komplexen Reflexionsvermögens des Testobjekts in Beziehung steht.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei die optische Eigenschaft mit der Phase des komplexen Reflexionsvermögens des Testobjekts in Beziehung steht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht, wenn die optische Weglängendifferenz für jeden der Winkel variiert wird, und anhand vorkalibrierter winkelabhängiger Charakteristika eines optischen Systems, das für das Abbilden verwendet wird, bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren umfasst, dass ein Oberflächenhöhenprofil des Testobjekts anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht, wenn die optische Weglängendifferenz variiert wird, bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren umfasst, dass die winkelabhängigen Veränderungen der optischen Eigenschaft, die anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht bestimmt wurden, mit denen eines Modells für das Testobjekt verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 36, wobei das Testobjekt wenigstens einen Dünnfilm auf einem Trägermaterial umfasst.
Verfahren nach Anspruch 37, das des Weiteren das Bestimmen einer Dicke des Dünnfilms anhand des Vergleichs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 38, wobei die optische Eigenschaft den Betrag der Winkelabhängigkeit des komplexen Reflexionsvermögens des Prüfstücks umfasst und die Bestimmung der Dicke des Dünnfilms auf dem Vergleich des Betrags der Winkelabhängigkeit des komplexen Reflexionsvermögens mit der des Modells basiert.
Verfahren nach Anspruch 39, das des Weiteren das Bestimmen eines Oberflächenhöhenprofils für das Testobjekt anhand des Vergleichs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 40, wobei die optische Eigenschaft des Weiteren die Phase der Winkelabhängigkeit des komplexen Reflexionsvermögens des Prüfstücks umfasst und die Bestimmung des Oberflächenhöhenprofils auf der ermittelten Dicke des Dünnfilms und dem Vergleichen der Phase der Winkelabhängigkeit des komplexen Reflexionsvermögens mit der des Modells für die ermittelte Dicke basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Test- und das Referenzlicht eine erste Wellenlänge aufweisen, und wobei das Verfahren des Weiteren das Wiederholen des Abbildens, des Variierens und des Bestimmens für das Test- und das Referenzlicht mit einer zweiten Wellenlänge umfasst, die sich von der ersten Wellenlänge unterscheidet.
Verfahren, das Folgendes umfasst: Abbilden von Testlicht, das von einem Testobjekt über eine Reihe von Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es mit Referenzlicht interferiert, auf einem Detektor, wobei das Test- und das Referenzlicht von einer monochromatischen gemeinsamen Quelle ausgehen und wobei das Testobjekt wenigstens einen Dünnfilm auf einem Trägermaterial umfasst; für jeden der Winkel gleichzeitiges Variieren einer optischen Weglängendifferenz von der Quelle zum Detektor zwischen interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts mit einer Rate, die von dem Winkel abhängt, mit dem das Testlicht von dem Testobjekt ausgeht; und Bestimmen einer Dicke des Dünnfilms anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht, wenn die optische Weglängendifferenz für jeden der Winkel variiert wird.
Verfahren, das Folgendes umfasst: Bestimmen einer Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft eines Testobjekts auf der Basis von Abtastinterferometriedaten für das Testobjekt.
Verfahren, das Folgendes umfasst: Bestimmen einer Dicke eines Dünnfilms auf einem Testobjekt, das den Dünnfilm und ein Trägermaterial umfasst, welches den Dünnfilm trägt, anhand monochromatischer Abtastinterferometriedaten für das Testobjekt.
Vorrichtung, die Folgendes enthält: eine Lichtquelle; einen Detektor; ein Abtastinterferometer, das dafür konfiguriert ist, Testlicht, das von einem Testobjekt über eine Reihe von Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es mit Referenzlicht interferiert, auf dem Detektor abzubilden, wobei das Test- und das Referenzlicht von der Lichtquelle ausgehen, wobei – für jeden der Winkel – das Abtastinterferometer außerdem so konfiguriert ist, dass es eine optische Weglängendifferenz von der Quelle zum Detektor zwischen interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts mit einer Rate, die von dem Winkel abhängt, mit dem das Testlicht von dem Testobjekt ausgeht, gleichzeitig variiert; und einen elektronischen Prozessor, der mit dem Detektor und dem Abtastinterferometer gekoppelt ist, wobei der elektronische Prozessor so konfiguriert ist, dass er eine Winkelabhängigkeit einer optischen Eigenschaft des Testobjekts anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht bestimmt, wenn die optische Weglängendifferenz für jeden der Winkel variiert wird, was durch den Detektor gemessen wird.
Vorrichtung, die Folgendes enthält: eine monochromatische Lichtquelle; einen Detektor; ein Abtastinterferometer, das dafür konfiguriert ist, Testlicht, das von einem Testobjekt über eine Reihe von Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es mit Referenzlicht interferiert, auf dem Detektor abzubilden, wobei das Test- und das Referenzlicht von der monochromatischen Lichtquelle ausgehen, wobei – für jeden der Winkel – das Abtastinterferometer außerdem so konfiguriert ist, dass es eine optische Weglängendifferenz von der Quelle zum Detektor zwischen interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts mit einer Rate, die von dem Winkel abhängt, mit dem das Testlicht von dem Testobjekt ausgeht, gleichzeitig variiert; und einen elektronischen Prozessor, der mit dem Detektor und dem Abtastinterferometer gekoppelt ist, wobei der elektronische Prozessor so konfiguriert ist, dass er eine Dicke eines Dünnfilms auf dem Testobjekt anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht bestimmt, wenn die optische Weglängendifferenz für jeden der Winkel variiert wird.
Vorrichtung, die Folgendes umfasst: ein Abtastinterferometriesystem; und einen elektronischen Prozessor, der mit dem Abtastinterferometriesystem gekoppelt ist, wobei der elektronische Prozessor so konfiguriert ist, dass er eine Winkelabhängigkeit einer optischen Eigenschaft eines Testobjekts anhand von Abtastinterferometriedaten für das Testobjekt, die von dem Abtastinterferometriesystem erzeugt wurden, bestimmt.
Vorrichtung, die Folgendes umfasst: ein monochromatisches Abtastinterferometriesystem; und einen elektronischen Prozessor, der mit dem Abtastinterferometriesystem gekoppelt ist, wobei der elektronische Prozessor so konfiguriert ist, dass er eine Dicke eines Dünnfilms auf dem Testobjekt anhand von monochromatischen Abtastinterferometriedaten für das Testobjekt bestimmt.
Vorrichtung, die Folgendes umfasst: ein Abtastinterferometer, das dafür konfiguriert ist, Testlicht, das von einem Testobjekt über eine Reihe von Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es mit Referenzlicht interferiert, auf einem Detektor abzubilden, wobei das Test- und das Referenzlicht von einer gemeinsamen Quelle ausgehen, wobei das Abtastinterferometer außerdem so konfiguriert ist, dass es eine optische Weglängendifferenz von der Quelle zum Detektor zwischen interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts mit einer Rate, die von dem Winkel abhängt, mit dem das Testlicht von dem Testobjekt ausgeht, für jeden der Winkel gleichzeitig variiert, wobei das Abtastinterferometer eine Objektivlinse, die so angeordnet ist, dass sie das von dem Testobjekt ausgehende Testlicht einfängt, und wenigstens eine Polarisationsoptik enthält, die in einer Pupillenebene des Objektivs angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 50, wobei die wenigstens eine Polarisationsoptik eine Polarisation erzeugt, die über die Pupillenebene hinweg variiert.
Vorrichtung nach Anspruch 50, wobei die wenigstens eine Polarisationsoptik ein Polarisationsfilter und wenigstens eine Wellenplatte umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 52, wobei die wenigstens eine Polarisationsoptik zwei Wellenplatten umfasst, die an verschiedenen Positionen in der Pupillenebene angeordnet sind.
Vorrichtung, die Folgendes umfasst: ein Abtastinterferometer, das dafür konfiguriert ist, Testlicht, das von einem Testobjekt über eine Reihe von Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es mit Referenzlicht interferiert, auf einem Detektor abzubilden, wobei das Test- und das Referenzlicht von einer gemeinsamen Quelle ausgehen, wobei das Abtastinterferometer außerdem so konfiguriert ist, dass es eine optische Weglängendifferenz von der Quelle zum Detektor zwischen interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts mit einer Rate, die von dem Winkel abhängt, mit dem das Testlicht von dem Testobjekt ausgeht, für jeden der Winkel gleichzeitig variiert, wobei das Interferometer ein Quellenmodul umfasst, dass dafür konfiguriert ist, das Testobjekt mit im Wesentlichen kollimiertem Licht zu beleuchten.
Vorrichtung nach Anspruch 54, die des Weiteren eine gemeinsame Quelle umfasst, wobei die gemeinsame Quelle eine monochromatische Quelle ist.