DE19544299A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Vermessen von Strukturen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Vermessen von StrukturenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ver
messen einer Struktur einer Oberfläche einer Probe, insbesondere zum optischen
Detektieren einer Verschiebung eines Fühlers aufgrund einer atomaren Kraft, die
zwischen dem Ende des Fühlers, welcher am freien Ende eines einseitig einge
spannten Arms eine Nadel aufweist, und der Probenoberfläche wirkt. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf Verfahren und Vorrichtungen zum Vermessen von
Strukturen, welche in der Lage sind, große und großflächige Proben zu vermessen.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung zum Vermessen von Strukturen kann durch
ein Kraftmikroskop aufgebaut werden.
Das Kraftmikroskop zum Vermessen von Löchern und Vorsprüngen auf einer
Probenoberfläche mit einer Genauigkeit von Nanometern oder weniger ist durch
den Trend der letzten Jahre zu einer höheren Dichte und zu einem höheren Grad
der Integration in optischen Platten, Magnetaufzeichnungen, Halbleitern oder
dergleichen in einer zunehmenden Vielzahl von Bereichen zur Anwendung gekom
men. Das Kraftmikroskop ist in verschiedenen Variationen erhältlich, etwa der
Variation mit optischem Hebel, mit optischer Interferenz und mit kritischem Winkel.
Im Folgenden wird mit Bezug auf Fig. 5 ein Kraftmikroskop mit optischem Hebel
beschrieben, welches mit einer sehr einfachen Konstruktion implementiert werden
kann.
In Fig. 5 ist eine Probe 41 auf einem Abtaster 44 befestigt, welcher in X-, Y- und
Z-Richtung bewegbar ist. Der Fühler 42, an seinem einen Ende durch einen Füh
lerhalter 43 unterstützt, ist auf der Probe 41 positioniert.
Eine Lichtquelle 45 strahlt einen Lichtstrahl 46 durch eine Linse 47 auf eine reflek
tierende Oberfläche des Fühlers 42 auf die der Probe 41 gegenüberliegenden Seite
ab. Ein Fotodetektor 48 wird in einer Position gehalten, in der er den durch die
reflektierende Oberfläche des Fühlers 42 reflektierten Lichtstrahl 46 erfassen kann.
Die Linse 47 ist auf der Achse angeordnet, welche die Lichtquelle 45 und den
Fühler 42 miteinander verbindet und bündelt den Lichtstrahl 46, welcher durch die
Lichtquelle 45 eingestrahlt wird, auf den Fotodetektor 48 oder auf einen Punkt in
seiner Nähe.
Wenn der Fühler 42 in nächste Nähe zur Oberfläche der Probe 41 gebracht wird,
wird der Fühler 42 aufgrund einer zwischen dem Fühler 42 und der Oberfläche der
Probe 41 wirkenden atomaren Kraft abgelenkt. Als Ergebnis verändert sich der
Reflexionswinkel des durch die reflektierende Oberfläche des Fühlers 42 reflektier
ten Lichtstrahls ein wenig. Eine Ablenkung ΔZ des Fühlers in Z-Richtung wird ver
stärkt und durch den Fotodetektor 48 detektiert, welcher den durch die reflektie
rende Oberfläche des Fühlers 42 reflektierten Lichtstrahl erfaßt hat. Während diese
Ablenkung in Z-Richtung detektiert wird, wird der Abtaster 44, wie in Fig. 6
gezeigt, mit der auf ihm angeordneten Probe 41 in X- und Y-Richtung rasterartig
bewegt und darüber hinaus in Z-Richtung in Vibration versetzt, wodurch die
Oberflächenstruktur der Probe 41 vermessen wird.
In dem bekannten Beispiel der Fig. 5 wird jedoch der Abtaster 44, auf welchem die
Probe 41 befestigt ist, zum rasterartigen Abtasten der Probe 41 in X-, Y- und Z-
Richtung bewegt. Dadurch tritt beim Vermessen der Oberfläche einer großen und
großflächigen Probe aufgrund des Eigengewichts der Probe eine große Trägheits
kraft auf. Dies macht es schwierig, den Abtaster 44, auf welchem die Probe 41
befestigt ist, zu kontrollieren.
Das Kraftmikroskop ist darüber hinaus zwar in der Lage, mikroskopische Regionen
von einigen zehn µm² Fläche oder weniger mit einer Genauigkeit von Nanometern
oder weniger zu vermessen, aber zur Analyse von größeren Bereichen ist die
Verstärkung des Kraftmikroskopes zu groß. Beispielsweise würde es bei der
Vermessung von Löchern, wie etwa Defekten auf einer Probenoberfläche, welche
durch ein optisches Mikroskop beobachtet werden können, etwas ausmachen, die
Verschiebung zwischen einem Ort, welcher das aktuelle Beobachtungsziel ist und
einem Ort, welcher tatsächlich beobachtet wird, zu korrigieren.
In letzter Zeit wurden Kraftmikroskope dazu verwendet, die Anordnung von Lö
chern auf einer optischen Platte mit 30 cm Durchmesser auszuwerten, die Spaltlän
ge eines magnetischen Kopfes eines mit einem Zylinder versehenen Videokopfes
auszuwerten, sowie elektronische Komponenten auszuwerten. Für diese Messun
gen besteht ein wachsendes Bedürfnis, die Proben zerstörungsfrei zu messen, um
innerhalb der Produktionslinie Analysen vornehmen zu können. Es ist jedoch bei
konventionellen Kraftmikroskopen schwierig, eine Messung vorzunehmen, ohne die
Probe in etwa 1 cm² große Stücke zu zerteilen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen
zum Vermessen von Strukturen zur Verfügung zu stellen, welche Kraftmikroskope
verwenden, die in der Lage sind, große bzw. großflächige Proben in unveränderter
Größe vermessen zu können, ohne die Notwendigkeit, derartige Proben zu zer
schneiden.
Zur Lösung dieser und anderer Aufgaben wird entsprechend der vorliegenden
Erfindung ein Verfahren zum Vermessen von Strukturen mit den folgenden Schrit
ten zur Verfügung gestellt:
Im wesentlichen kollimiertes Licht zur Detektion einer Verschiebung wird von einem System zum Abstrahlen von Detektierlicht abgestrahlt;
die Richtung des im wesentlichen kollimierten Lichtes zur Detektion einer Ver schiebung wird durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung verändert, so daß es zu einer Linse geleitet wird;
das Licht zur Detektion einer Verschiebung wird durch die erste Linse auf einen Punkt in der Nähe der reflektierenden Oberfläche eines Fühlers gebündelt;
das gebündelte Licht wird durch die reflektierende Oberfläche des Fühlers reflek tiert;
durch eine gegen eine Oberfläche einer Probe wirkende atomare Kraft wird das reflektierte Licht verschoben, dort, wo das reflektierte Licht entsprechend der Verschiebung in seinem Reflexionswinkel variiert;
das verschobene Licht wird zur ersten Linse geleitet;
das geleitete Licht wird zu einem System zur Detektion der Verschiebung geleitet, indem es in der Richtung durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung umgelenkt wird; und
das zum System zur Detektion der Verschiebung geleitete Licht wird durch Ver stärkung der Verschiebung des Fühlers detektiert,
wobei das Verfahren die weiteren Schritte aufweist:
eine Z-Richtungsabtasteinheit wird durch eine Z-Richtungsantriebsvorrichtung in einer Richtung vertikal zur Probenoberfläche bewegt, wobei die Z-Richtungsabta steinheit die erste Linse und den Fühler aufweist;
eine X-Richtungsabtasteinheit wird durch eine X-Richtungsantriebsvorrichtung in einer ersten axialen Richtung innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene bewegt, wobei die X-Richtungsabtasteinheit die Z-Richtungsabtasteinheit, die Z- Richtungsantriebsvorrichtung und den Spiegel aufweist;
eine Y-Richtungsabtasteinheit wird durch eine Y-Richtungsantriebsvorrichtung in einer zweiten axiale Richtung senkrecht zur ersten axialen Richtung innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene bewegt, wobei die Y-Richtungsabtasteinheit mit der X-Richtungsabtasteinheit, der X-Richtungsantriebsvorrichtung, dem System zum Abstrahlen von Detektierlicht und dem System zum Erfassen der Verschiebung verbunden ist.
Im wesentlichen kollimiertes Licht zur Detektion einer Verschiebung wird von einem System zum Abstrahlen von Detektierlicht abgestrahlt;
die Richtung des im wesentlichen kollimierten Lichtes zur Detektion einer Ver schiebung wird durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung verändert, so daß es zu einer Linse geleitet wird;
das Licht zur Detektion einer Verschiebung wird durch die erste Linse auf einen Punkt in der Nähe der reflektierenden Oberfläche eines Fühlers gebündelt;
das gebündelte Licht wird durch die reflektierende Oberfläche des Fühlers reflek tiert;
durch eine gegen eine Oberfläche einer Probe wirkende atomare Kraft wird das reflektierte Licht verschoben, dort, wo das reflektierte Licht entsprechend der Verschiebung in seinem Reflexionswinkel variiert;
das verschobene Licht wird zur ersten Linse geleitet;
das geleitete Licht wird zu einem System zur Detektion der Verschiebung geleitet, indem es in der Richtung durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung umgelenkt wird; und
das zum System zur Detektion der Verschiebung geleitete Licht wird durch Ver stärkung der Verschiebung des Fühlers detektiert,
wobei das Verfahren die weiteren Schritte aufweist:
eine Z-Richtungsabtasteinheit wird durch eine Z-Richtungsantriebsvorrichtung in einer Richtung vertikal zur Probenoberfläche bewegt, wobei die Z-Richtungsabta steinheit die erste Linse und den Fühler aufweist;
eine X-Richtungsabtasteinheit wird durch eine X-Richtungsantriebsvorrichtung in einer ersten axialen Richtung innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene bewegt, wobei die X-Richtungsabtasteinheit die Z-Richtungsabtasteinheit, die Z- Richtungsantriebsvorrichtung und den Spiegel aufweist;
eine Y-Richtungsabtasteinheit wird durch eine Y-Richtungsantriebsvorrichtung in einer zweiten axiale Richtung senkrecht zur ersten axialen Richtung innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene bewegt, wobei die Y-Richtungsabtasteinheit mit der X-Richtungsabtasteinheit, der X-Richtungsantriebsvorrichtung, dem System zum Abstrahlen von Detektierlicht und dem System zum Erfassen der Verschiebung verbunden ist.
Entsprechend einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zum Vermessen einer Struktur mit den folgenden Schritten zur Verfügung gestellt:
Im wesentlichen kollimiertes Licht zur Detektion einer Verschiebung wird von einem System zum Abstrahlen von Licht zur Detektion einer Verschiebung abgestrahlt;
die Richtung des im wesentlichen kollimierten Lichtes zur Detektion einer Ver schiebung durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung ver ändert, so daß es zu einer Linse geleitet wird;
das Licht zur Detektion einer Verschiebung wird durch die erste Linse auf einen Punkt in der Nähe der reflektierenden Oberfläche eines Fühlers gebündelt;
das gebündelte Licht wird durch die reflektierende Oberfläche des Fühlers reflek tiert;
durch eine gegen eine Oberfläche einer Probe wirkende atomare Kraft wird das reflektierte Licht verschoben, dort, wo das reflektierte Licht entsprechend der Verschiebung in seinem Reflexionswinkel variiert;
das verschobene Licht wird zur ersten Linse geleitet;
das geleitete Licht wird zu einem System zur Detektion der Verschiebung geleitet, indem es in der Richtung durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung umgelenkt wird; und
das zum System zur Detektion der Verschiebung geleitete Licht wird durch Ver stärkung der Verschiebung des Fühlers detektiert,
wobei das Verfahren die weiteren Schritte aufweist:
eine Z-Richtungsabtasteinheit wird durch eine Z-Richtungsantriebsvorrichtung in einer Richtung vertikal zur Probenoberfläche bewegt, wobei die Z-Richtungsabta steinheit die erste Linse und den Fühler aufweist;
eine X-Y-Richtungsabtasteinheit wird durch eine X-Y-Richtungsantriebsvorrichtung innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene bewegt, wobei die X-Y- Richtungsabtasteinheit die Z-Richtungsabtasteinheit, die Z-Richtungsantriebsvor richtung, den Spiegel, das System zum Abstrahlen von Detektierlicht und das System zur Detektion der Verschiebung aufweist.
Im wesentlichen kollimiertes Licht zur Detektion einer Verschiebung wird von einem System zum Abstrahlen von Licht zur Detektion einer Verschiebung abgestrahlt;
die Richtung des im wesentlichen kollimierten Lichtes zur Detektion einer Ver schiebung durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung ver ändert, so daß es zu einer Linse geleitet wird;
das Licht zur Detektion einer Verschiebung wird durch die erste Linse auf einen Punkt in der Nähe der reflektierenden Oberfläche eines Fühlers gebündelt;
das gebündelte Licht wird durch die reflektierende Oberfläche des Fühlers reflek tiert;
durch eine gegen eine Oberfläche einer Probe wirkende atomare Kraft wird das reflektierte Licht verschoben, dort, wo das reflektierte Licht entsprechend der Verschiebung in seinem Reflexionswinkel variiert;
das verschobene Licht wird zur ersten Linse geleitet;
das geleitete Licht wird zu einem System zur Detektion der Verschiebung geleitet, indem es in der Richtung durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung umgelenkt wird; und
das zum System zur Detektion der Verschiebung geleitete Licht wird durch Ver stärkung der Verschiebung des Fühlers detektiert,
wobei das Verfahren die weiteren Schritte aufweist:
eine Z-Richtungsabtasteinheit wird durch eine Z-Richtungsantriebsvorrichtung in einer Richtung vertikal zur Probenoberfläche bewegt, wobei die Z-Richtungsabta steinheit die erste Linse und den Fühler aufweist;
eine X-Y-Richtungsabtasteinheit wird durch eine X-Y-Richtungsantriebsvorrichtung innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene bewegt, wobei die X-Y- Richtungsabtasteinheit die Z-Richtungsabtasteinheit, die Z-Richtungsantriebsvor richtung, den Spiegel, das System zum Abstrahlen von Detektierlicht und das System zur Detektion der Verschiebung aufweist.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vor
richtung zum Vermessen einer Struktur zur Verfügung gestellt, in welcher im
wesentlichen kollimiertes Licht zur Detektion einer Verschiebung, welches von
einem System zum Abstrahlen von Detektierlicht abgestrahlt wird, in der Richtung
durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung abgelenkt wird,
um zu einer ersten Linse geleitet zu werden; das Licht zur Detektion der Verschie
bung durch die erste Linse in die Nähe einer reflektierenden Oberfläche eines
Fühlers gebündelt wird; und in welcher reflektiertes Licht, reflektiert durch die
reflektierende Oberfläche des Fühlers, welcher durch eine gegen eine Oberfläche
einer Probe wirkende atomare Kraft verschoben wird, dort, wo das reflektierte Licht
entsprechend der Verschiebung in Reflexionswinkel variiert, zu der ersten Linse
geleitet wird und dann, indem es in der Richtung durch den Spiegel in eine im
wesentlichen senkrechte Richtung umgelenkt wird, zu einem System zur Detektion
der Verschiebung geleitet wird, wo die Verschiebung des Fühlers verstärkt und
detektiert wird, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Z-Richtungsabtasteinheit mit der ersten Linse und dem Fühler;
eine Z-Richtungsantriebsvorrichtung zum Bewegen der Z-Richtungsabtasteinheit in eine Richtung vertikal zur Probenoberfläche;
eine X-Richtungsabtasteinheit, verbunden mit der Z-Richtungsabtasteinheit, der Z- Richtungsantriebsvorrichtung und dem Spiegel;
einer Z-Richtungsantriebsvorrichtung zum Bewegen der Z-Richtungsabtasteinheit in einer ersten axialen Richtung innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene;
eine Y-Richtungsabtasteinheit, welche mit der X-Richtungsabtasteinheit, der X- Richtungsantriebsvorrichtung, dem System zum Abstrahlen von Detektierlicht und dem System zur Detektion der Verschiebung verbunden ist; und
eine Y-Richtungsantriebsvorrichtung zum Bewegen der Y-Richtungsabtasteinheit in einer zweiten axialen Richtung senkrecht zu der ersten axialen Richtung innerhalb der zur Probenoberfläche parallelen Ebene.
eine Z-Richtungsabtasteinheit mit der ersten Linse und dem Fühler;
eine Z-Richtungsantriebsvorrichtung zum Bewegen der Z-Richtungsabtasteinheit in eine Richtung vertikal zur Probenoberfläche;
eine X-Richtungsabtasteinheit, verbunden mit der Z-Richtungsabtasteinheit, der Z- Richtungsantriebsvorrichtung und dem Spiegel;
einer Z-Richtungsantriebsvorrichtung zum Bewegen der Z-Richtungsabtasteinheit in einer ersten axialen Richtung innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene;
eine Y-Richtungsabtasteinheit, welche mit der X-Richtungsabtasteinheit, der X- Richtungsantriebsvorrichtung, dem System zum Abstrahlen von Detektierlicht und dem System zur Detektion der Verschiebung verbunden ist; und
eine Y-Richtungsantriebsvorrichtung zum Bewegen der Y-Richtungsabtasteinheit in einer zweiten axialen Richtung senkrecht zu der ersten axialen Richtung innerhalb der zur Probenoberfläche parallelen Ebene.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vor
richtung zum Vermessen einer Struktur zur Verfügung gestellt, in welcher im
wesentlichen kollimiertes Licht zur Detektion einer Verschiebung, welches von
einem System zum Abstrahlen von Detektierlicht abgestrahlt wird, in der Richtung
durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung abgelenkt wird,
um zu einer ersten Linse geleitet zu werden; das Licht zur Detektion der Verschie
bung durch die erste Linse in die Nähe einer reflektierenden Oberfläche eines
Fühlers gebündelt wird; und in welcher reflektiertes Licht, reflektiert durch die
reflektierende Oberfläche des Fühlers, welcher durch eine gegen eine Oberfläche
einer Probe wirkende atomare Kraft verschoben wird, dort, wo das reflektierte Licht
entsprechend der Verschiebung in Reflexionswinkel variiert, zu der ersten Linse
geleitet wird und dann, indem es in der Richtung durch den Spiegel in eine im
wesentlichen senkrechte Richtung umgelenkt wird, zu einem System zur Detektion
der Verschiebung geleitet wird, wo die Verschiebung des Fühlers verstärkt und
detektiert wird, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Z-Richtungsabtasteinheit mit der ersten Linse und dem Fühler;
eine Z-Richtungsantriebsvorrichtung zum Bewegen der Z-Richtungsabtasteinheit in eine Richtung vertikal zur Probenoberfläche;
eine X-Y-Richtungsabtasteinheit, welche mit der Z-Richtungsabtasteinheit, der Z- Richtungsantriebsvorrichtung, dem Spiegel, dem System zum Abstrahlen von Detektierlicht und dem System zur Detektion der Verschiebung verbunden ist; und
eine X-Y-Richtungsantriebsvorrichtung zum Bewegen der X-Y-Richtungsabtastein heit innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene.
eine Z-Richtungsabtasteinheit mit der ersten Linse und dem Fühler;
eine Z-Richtungsantriebsvorrichtung zum Bewegen der Z-Richtungsabtasteinheit in eine Richtung vertikal zur Probenoberfläche;
eine X-Y-Richtungsabtasteinheit, welche mit der Z-Richtungsabtasteinheit, der Z- Richtungsantriebsvorrichtung, dem Spiegel, dem System zum Abstrahlen von Detektierlicht und dem System zur Detektion der Verschiebung verbunden ist; und
eine X-Y-Richtungsantriebsvorrichtung zum Bewegen der X-Y-Richtungsabtastein heit innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene.
Diese und andere Aspekte und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden
durch die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen derselben in
Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlich werden.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Prinzipschema, welches den Aufbau eines Kraftmikro
skopes entsprechend einer Ausführungsform 1 der vorlie
genden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ein Prinzipschema, welches den Aufbau des Meßkopfes des
Kraftmikroskopes zeigt;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht, in welcher der Meßkopf an
dem Kopf eines optischen Mikroskopes angebracht ist;
Fig. 4 ein Prinzipschema, welches den Aufbau des Meßkopfes
eines Kraftmikroskopes entsprechend einer Ausführungs
form 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 ein Prinzipschema, welches den Aufbau eines Kraftmikro
skopes entsprechend dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht, welche das Verfahren zum
Abtasten der Probenoberfläche im Kraftmikroskop zeigt;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des Meßkopfes der Fig. 2 ent
sprechend einer Modifikation der Ausführungsform 1;
Fig. 8 eine Seitenansicht des Meßkopfes der Fig. 7;
Fig. 9 ein Grundriß des Meßkopfes der Fig. 7;
Fig. 10 + 11 Ansichten gemäß den Pfeilen X und XI in der Fig. 7, wobei
die entsprechenden Komponenten durch gestrichelte Linien
angedeutet sind; und
Fig. 12 ein Prinzipschema, welches den Aufbau eines Kraftmikro
skopes entsprechend einer Ausführungsform 3 der vorlie
genden Erfindung zeigt.
Bevor die Beschreibung der vorliegenden Erfindung fortgesetzt wird, soll hier
festgestellt werden, daß in den begleitenden Zeichnungen gleiche Teile durch
gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind.
Eine Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die
begleitenden Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 zeigt den grundlegenden Aufbau des
Kraftmikroskopes der vorliegenden Erfindung.
Ein Fühler 110 weist einen einseitig eingespannten Arm 109, eine Nadel 100,
welche an der unteren Oberfläche seines freien Endes angebracht ist und eine
reflektierende Oberfläche an der oberen Oberfläche des freien Endes des Arms 109
auf. Der Fühler 110 wird durch einen Halter 108 am Fußende des Arms 109
gestützt. Eine Halbleiterlaserstrahlquelle 101 emittiert einen Laserstrahl (Licht zur
Detektion der Verschiebung) 103 in Richtung der unterhalb oder oberhalb angeord
neten Kollimatorlinse 102 (die Fig. 1 und 2 zeigen Fälle, in denen die Halbleiterla
serstrahlquelle 101 oberhalb bzw. unterhalb angeordnet ist). Die Kollimatorlinse
102 kollimiert den Laserstrahl 103.
Ein Polarisationsstrahlteiler 104 reflektiert den von der Laserstrahlquelle 101
emittierten Laserstrahl 103 senkrecht, wodurch der reflektierte Laserstrahl 103
zum λ/4-Plättchen 105 und zu einem dichroitischen Spiegel 106 geleitet wird. Der
dichroitische Spiegel 106 reflektiert den Laserstrahl 103 senkrecht und leitet ihn zu
einer unterhalb angeordneten konfokalen Linse 107 und so zur reflektierenden
Oberfläche des freien Endes des Armes 109.
Der durch die reflektierende Oberfläche reflektierte Laserstrahl 103 kehrt über die
konfokale Linse 107, den dichroitischen Spiegel 106 und das λ/4-Plättchen 105 zu
dem Polarisationsstrahlteiler 104 zurück, während der Polarisationsstrahlteiler 104
den reflektierten Laserstrahl 103 durchläßt und ihn so zum Spiegel 111 leitet. Der
durchgelassene Laserstrahl 103 wird durch den Spiegel 111 senkrecht reflektiert
und somit zur unterhalb angeordneten zweiteiligen Fotodiode 112 geleitet.
Der dichroitische Spiegel 106 reflektiert nur den bestimmte Wellenlängen auf
weisenden Laserstrahl 103, leitet den Laserstrahl 103 über die konfokale Linse 107
zur reflektierenden Oberfläche des freien Endes des Armes 109, während der
dichroitische Spiegel 106 Licht anderer Wellenlängen als die des bestimmte Wellen
längen aufweisenden Laserstrahls 103 durchläßt.
Die konfokale Linse 107, welche in jeder der zwei Richtungen des Strahlengangs
eine Brennweite f aufweist, bündelt den vom dichroitischen Spiegel 106 zugeleite
ten Laserstrahl 103 in der Nähe der reflektierenden Oberfläche des freien Endes des
vom Fühlerhalter 108 gestützten Armes 109 und bündelt darüber hinaus den von
der reflektierenden Oberfläche des freien Endes reflektierten Laserstrahl 103 über
den dichroitischen Spiegel 106, das λ/4-Plättchen 105, den Polarisationsstrahlteiler
104 und den Spiegel 111 auf die zweiteilige Fotodiode 112.
Durch Vergrößern der Distanz zwischen der reflektierenden Oberfläche des freien
Endes des Armes 109 und des unteren Endes der konfokalen Linse 107 um eine
Länge Δf zusätzlich zur Brennweite f der konfokalen Linse 107 wird der über die
konfokale Linse 107 von dem dichroitischen Spiegel 106 einfallende Laserstrahl
103 um Δf von der reflektierenden Oberfläche des freien Endes des Armes 109
defokussiert, wodurch der von der reflektierenden Oberfläche des freien Endes des
Armes 109 kommende Laserstrahl 103 auf die zweiteilige Fotodiode 112 gebündelt
werden kann.
Eine oberhalb des dichroitischen Spiegels 106 angeordnete CCD-Kamera 113 emp
fängt Beleuchtungslicht 114, welches zur Beobachtung der Probe verwendet wird
und durch die reflektierende Oberfläche des freien Endes des Armes 109, der
Probenoberfläche und ähnlichem über den dichroitischen Spiegel 106 und die kon
fokale Linse 107 reflektiert wird. Daher erhält die CCD-Kamera 113 Bildinformation
von der Nadel 100 des Fühlers 110 und dessen Umgebung.
Wie oben beschrieben, bilden die Halbleiterlaserstrahlquelle 101 , die Kollimatorlinse
102, der Polarisationsstrahlteiler 104 und das λ/4-Plättchen 105 ein System zum
Abstrahlen von Detektierlicht. Das λ/4-Plättchen 105, der Polarisationsstrahlteiler
104, der Spiegel 111 und die zweiteilige Fotodiode 112 bilden ein System zur
Detektion einer Verschiebung. Die CCD-Kamera 113 und ein weiter unten be
schriebener zweiter Monitor 205 bilden ein Beispiel einer Bilddarstellungsvorrich
tung.
Als nächstes wird das Prinzip der Detektion der Verschiebung mit Bezug auf die
Fig. 1 beschrieben. Wie Fig. 1 zeigt, ist f die Brennweite der konfokalen Linse 107,
L der Abstand des stationären Endes des Armes 109 zur Nadel 100, ΔZ die Ver
schiebung des Armes 109 in Z-Richtung aufgrund der zwischen der Probenober
fläche und der Nadel 100 erzeugten atomaren Kraft, und wenn die Verschiebung
des Laserstrahls 103 in X-Richtung auf der zweiteiligen Fotodiode 112 ΔX ist, gilt
die Gleichung ΔX = (3f/L)/ΔZ. In dieser Gleichung ist, wenn f = 8 mm und L =
0,1 mm, ΔX = 240 ΔZ, d. h. die Verschiebung ΔZ des Armes 109 in Z-Richtung
ist um einen Faktor 240 verstärkt und wird so auf der zweiteiligen Fotodiode 112
detektiert. In diesem Fall ist die Auflösung in Z-Richtung ungefähr 0,1 nm, wenn
die Detektierempfindlichkeit der zweiteiligen Fotodiode 112 0,025 µm beträgt.
Bei dem oben beschriebenen Aufbau ist der Durchmesser des Lichtflecks des
Laserstrahls 103 auf der zweiteiligen Fotodiode 112 klein, da der Laserstrahl 103,
d. h. das Licht zur Detektion der Verschiebung, auf die zweiteilige Fotodiode 112
gebündelt wird. Daher kann die Nachweisempfindlichkeit der zweiteiligen Fotodiode
112 bezüglich der Verschiebung ΔZ des Armes 109 verbessert werden. Daher
kann sogar dann, wenn der Meßkopf dazu verwendet wird, die Probenoberfläche
abzurastern, eine im Ångström-Bereich oder niedriger liegende Auflösung erreicht
werden.
Als nächstes wird das Abtastsystem der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug
auf Fig. 2 beschrieben. Im allgemeinen, wie in einem in Fig. 6 dargestellten Abtast
prozeß eines Kraftmikroskopes, tastet der Fühler 110 eine Linie in der X-Richtung
entlang der Oberfläche der Probe 41 ab, und dann die Linien 52, 53, 54, . . . , um die
Bildinformation zu erhalten, während er senkrecht zur X-Richtung in Y-Richtung
bewegt wird und somit Information über die Struktur der Oberfläche der Probe 41
erhält. Im Falle des in Fig. 6 dargestellten Abtastens werden zum Abtasten der
Probenoberfläche Antwortfrequenzen von mehreren kHz in Z-Richtung benötigt.
Darüber hinaus werden für die oben beschriebene Rasterabtastung in X-Richtung
Antwortfrequenzen von mehreren Hz und in Y-Richtung von mehreren hundert Hz
benötigt.
Gemäß Fig. 2, welche einen Meßkopf 33 zeigt, ist der durch das Bezugszeichen 26
bezeichnete Z-Richtungsabtaster ausgelegt, eine Z-Richtungsabtasteinheit 23,
bestehend aus der konfokalen Linse 107, dem Fühlerhalter 108 und dem Fühler
110 in Z-Richtung senkrecht zur Oberfläche der Probe 41 zu bewegen. Die Z-
Richtungsabtasteinheit 23 kann durch ihre Komponenten, wie etwa der konfokalen
Linse 107 und dem Fühler 110 sehr leichtgewichtig ausgeführt werden, so daß die
Z-Richtungsabtasteinheit 23 in die Lage versetzt wird, in Z-Richtung mit hoher
Geschwindigkeit zu reagieren.
Der in Fig. 2 mit 24 bezeichnete X-Richtungsabtaster ist ausgelegt, eine X-Rich
tungsabtasteinheit in X-Richtung zu bewegen, welche zusätzlich zu der Z-Rich
tungsabtasteinheit 23 und dem Z-Richtungsabtaster 26 einen dichroitischen Spiegel
106 und einen Öffnungsanpassungsmechanismus 27 aufweist. Die X-Richtungsab
tasteinheit 21, welche durch den X-Richtungsabtaster 24 bewegt wird, benötigt
eine in X-Richtung im Bereich von einigen Hz liegende Antwortfrequenz, so daß die
X-Richtungsabtasteinheit 21 auch dann, wenn sie um einiges schwerer ist als die
Z-Richtungsabtasteinheit 23, in X-Richtung ausreichend kontrolliert werden kann.
Darüber hinaus, aufgrund der Tatsache, daß der Laserstrahl 103, welcher auf die
konfokale Linse 107 auftrifft, kollimiertes Licht ist, werden, sogar wenn die Z-
Richtungsabtasteinheit 23 innerhalb der X-Richtungsabtasteinheit 21 bewegt wird,
sich beide immer auf der gleichen Position in X-Richtung befinden. Daraus folgt,
daß bei der Messung der Verschiebung ΔZ des Fühlers 110 keine Fehler auftreten
werden. Der in Fig. 2 mit 25 bezeichnete Y-Richtungsabtaster ist ausgelegt, eine
zusätzlich zu der X-Richtungsabtasteinheit 21 und dem X-Richtungsabtaster 24 aus
der Kollimatorlinse 102, dem Polarisationsstrahlteiler 104, dem λ/4-PIättchen 105,
dem Spiegel 111, dem Öffnungsanpassungsmechanismus 28 und der zweiteiligen
Fotodiode 112 bestehende Y-Richtungsabtasteinheit 22 in Y-Richtung zu bewegen.
Die durch den Y-Richtungsabtaster 25 zu bewegende Y-Richtungsabtasteinheit 22
benötigt in Y-Richtung eine sehr kleine im Bereich von einigen hundert Hz liegende
Antwortfrequenz, so daß sogar dann, wenn eine relativ große Einheit (einige
hundert Gramm) bewegt werden muß, die Y-Abtasteinheit 22 ausreichend in Y-
Richtung kontrolliert werden kann.
In Fig. 2 bezeichnet 200 eine Steuereinheit, 201 einen ersten, auf Abtastsignalen
der Steuereinheit 200 basierenden Antrieb zum Antreiben des X-Richtungsabtasters
24, 202 einen zweiten, auf Abtastsignalen der Steuereinheit 200 basierenden
Antrieb zum Antreiben des Y-Richtungsabtasters 25, 203 einen dritten, auf Signa
len der Steuereinheit 200 basierenden Antrieb zum Antreiben des Z-Richtungs
abtasters 26, 204 einen ersten Monitor zur Darstellung der Probenoberfläche, 205
einen zweiten Monitor zur Darstellung des durch die CCD-Kamera 113 aufgenom
menen Bildes und 207 ein Rückkopplungsschaltkreis zum Zurückführen von durch
die zweiteilige Fotodiode 112 erhaltenen Signalen zum dritten Antrieb 203, um den
Betrieb des Z-Richtungsabtasters 26 mittels einer Rückkopplung zu kontrollieren
und zum Übertragen der durch die zweiteilige Fotodiode 112 erhaltenen Signale an
die Steuereinheit 200, um das Bild der Probenoberfläche auf den ersten Monitor
204 darzustellen. Erste, zweite und dritte Antriebe 201, 202, 203 können un
abhängig voneinander den X-Richtungsabtaster 24, den Y-Richtungsabtaster 25
und den Z-Richtungsabtaster 26 über die Steuereinheit 200 antreiben.
Zusätzlich ermöglicht es der Öffnungsanpassungsmechanismus 27 am dichroiti
schen Spiegel 106 die Position anzupassen, auf die der Laserstrahl 103 durch die
reflektierende Oberfläche des freien Endes des Armes 109 gebündelt wird. Ebenso
ermöglicht es der Öffnungsanpassungsmechanismus 28 am Spiegel 111 die
Position anzupassen, auf die der Laserstrahl 103 durch die zweiteilige Fotodiode
112 gebündelt wird.
Der Z-Richtungsabtaster 26 kann durch eine piezoelektrische Vorrichtung oder der
gleichen aufgebaut werden. Ebenso können der X-Richtungsabtaster 24 und der Y-
Richtungsabtaster 25 durch piezoelektrische Vorrichtungen oder dergleichen
implementiert werden. Wenn jedoch während der Rasterabtastprozesse aufgrund
des Eigengewichts des Meßkopfes ein Zickzack-Phänomen gemessen wird, ist es
wünschenswert, den X-Richtungsabtaster 24 und den Y-Richtungsabtaster 25
durch Kombination von Federn mit parallelen Platten und piezoelektrischen Vor
richtungen aufzubauen, so daß ein stabiles Abtasten der Probenoberfläche erzielt
werden kann.
Gemäß Fig. 7 weist der Y-Richtungsabtaster 25 bewegliche Teile 25a und 25e auf,
ein im Vergleich zu den beweglichen Teilen 25a und 25e unbeweglich angeord
netes statisches Teil 25b, die piezoelektrische Vorrichtung 25f, eine Feder mit
parallelen Platten 25c zum Verbinden der beweglichen Teile 25a und 25e mit dem
statischen Teil 25b, und ein Verbindungsteil 25d auf, um den Y-Richtungsabtaster
25 fest mit dem rotierenden Revolverkopf 36 zu verbinden. Die beweglichen Teile
25a und 25e sind mit dem Y-optischen System 500y verbunden, welches die Halb
leiterlaserstrahlquelle 101, die Kollimatorlinse 102, den Polarisationsstrahlteiler
104, das λ/4-Plättchen 105, den Spiegel 111, ein Öffnungsanpassungsmechanis
mus 28 und die zweiteilig Fotodiode 112 umfaßt. Wenn der Y-Richtungsabtaster
25 durch den zweiten Antrieb 202 angetrieben wird, werden die beweglichen Teile
25a und 25e zusammen mit dem Y-optischen System 500y parallel in Y-Richtung
bewegt, während sie über die Feder mit parallelen Platten 25c durch das statische
Teil 25b unterstützt werden.
Wie in den Fig. 7-11 gezeigt, weist der X-Richtungsabtaster 24 ein bewegliches
Teil 24a auf, im Vergleich zum beweglichen Teil 24a unbeweglich angeordnete,
statische Teile 24b und 24e, die piezoelektrische Vorrichtung 24f, und eine Feder
mit parallelen Platten 24c auf, um das bewegliche Teil 24a mit den statischen
Teilen 24b und 24e zu verbinden. Die statischen Teile 24b und 24e sind mit dem
Y-optischen System 500y verbunden. Das bewegliche Teil 24a ist mit einem den
dichroitischen Spiegel 106 einschließenden X-optischen System 500x verbunden.
Das X-optische System 500x ist mit dem auf der piezoelektrischen Vorrichtung
aufgebauten Z-Richtungsabtaster 26 verbunden, welcher mit einem die konfokale
Linse 107 aufweisenden Z-optischen System 500z verbunden ist. In den Fig. 10
und 11 sind der Y-Richtungsabtaster 25 und der X-Richtungsabtaster 24, welche
im vorigen gerade das Y-optische System 500y bildeten, durch gestrichelte Linien
angedeutet, um die Verbindungen zwischen diesen leicht verständlich zu machen.
Somit wird, wenn der X-Richtungsabtaster 24 durch den ersten Antrieb 201
angetrieben wird, das bewegliche Teil 21 a zusammen mit dem X-optischen System
500x parallel in X-Richtung bewegt, während es über die Feder 21c mit parallelen
Platten durch die statischen Teile 21b und 21e unterstützt wird. Ebenso wird,
wenn der Z-Richtungsabtaster 26 durch den dritten Antrieb 203 angetrieben wird,
das Z-optische System 500z in Z-Richtung bewegt. Dann werden die ersten,
zweiten und dritten Antriebe 201, 202 und 203 durch die Steuereinheit 200
angetrieben, um den X-Richtungsabtaster 21 , den Y-Richtungsabtaster 22 und den
Z-Richtungsabtaster 23 und somit die X-Richtungsabtasteinheit 21, die Y-Rich
tungsabtasteinheit 22 und die Z-Richtungsabtasteinheit 23 in X-, Y- bzw. Z-Rich
tung zu bewegen. X-, Y- und Z-Richtung stehen jeweils senkrecht aufeinander.
In Fig. 3 ist zu erkennen, daß der Meßkopf 33 des oben beschriebenen Kraftmikro
skopes an einem durch seinen Grundkörper 37 unterstützten Revolverkopf 36
angebracht ist. Bei einer solchen Anordnung kann die Größe des Meßkopfes 33
ausreichend reduziert werden, um an dem rotierenden Revolverkopf 36 angebracht
werden zu können. Der rotierende Revolverkopf 36 weist eine Anzahl von Löchern
35 zur Aufnahme von Objektivlinsen auf, so daß Objektivlinsen 34 mit verschiede
nen Vergrößerungen an den Löchern 35 angebracht werden können, so daß die
Oberfläche der Probe 41 optisch beobachtet werden kann.
Für eine Messung mit der vorliegenden Ausrüstung wird der Meßkopf 33 durch
Rotation des rotierenden Revolverkopfs 36 fest in eine Position gemäß Fig. 3
gebracht. Ein Grobeinstellungstisch 38 bewegt sich mit der darauf angeordneten
Probe 41 auf und ab. Die Probe 41 wird ausreichend nahe an den am Meßkopf 33
angebrachten Fühler 110 herangebracht, und die Oberfläche der Probe 41 wird
vermessen. Dann wird basierend auf Signalen der zweiteiligen Fotodiode 112, des
X-Richtungsabtasters 24 und des Y-Richtungsabtasters 25 ein Bild erzeugt.
Nun wird eine Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung anhand der Fig. 4
beschrieben. Komponenten der Fig. 4, welche mit Bezugszeichen der Fig. 2 be
zeichnet, sind mit denen in Zusammenhang mit der Ausführungsform 1 beschriebe
nen identisch. Das Prinzip der Detektion der Verschiebung ist ebenfalls identisch
mit dem der Ausführungsform 1 und wird daher in der folgenden Beschreibung
weggelassen.
Gemäß Fig. 4 bewegt der Z-Richtungsabtaster 26 die aus der konfokalen Linse
107, dem Fühlerhalter 108 und dem Fühler 110 bestehende Z-Richtungsabtastein
heit 23 in Z-Richtung. Die Z-Richtungsabtasteinheit 23 ist sehr leichtgewichtig und
daher in der Lage, ebenso wie in der Ausführungsform 1, in Z-Richtung mit hoher
Geschwindigkeit zu reagieren. In X- und Y-Richtung tastet eine durch ein X-Y-
Richtungsabtaster 29 bewegte, zusätzlich zur Z-Richtungsabtasteinheit 23 und dem
Z-Richtungsabtaster 26 aus einem dichroitischen Spiegel 106 und seinem Öff
nungsanpassungsmechanismus 27, einer Halbleiterlaserstrahlquelle 101, einer
Kollimatorlinse 102, einem Polarisationsstrahlteiler 104, einem λ/4-Plättchen 105,
einem Spiegel 111 und seinem Öffnungsanpassungsmechanismus 28 und einer
zweiteiligen Fotodiode 112 bestehende X-Y-Richtungsabtasteinheit 30 eine parallel
zur Oberfläche der Probe 41 verlaufende Ebene ab.
Mit einer Anordnung des Abtastmechanismus, bei der ein in X-Richtung zu bewe
gender Abtastmechanismus und ein in Y-Richtung zu bewegender Abtastmechanis
mus wie in der Ausführungsform 1 unabhängig voneinander zur Verfügung gestellt
werden, können aufgrund der gegenseitigen Interferenzen ihrer Abtastungen
während des Meßprozesses nichtlineare Verzerrungen auftreten.
Derartige Interferenzen können jedoch, wie die vorliegende Ausführungsform 2
zeigt, durch integrale Abtastvorgänge in X- und Y-Richtung vermieden werden. Die
durch den X-Y-Richtungsabtaster 29 zu bewegende X-Y-Richtungsabtasteinheit 30
benötigt relativ kleine Antwortfrequenzen von einigen Hz bis zu einigen hundert Hz
in den X-Y-Richtungen, so daß sogar dann, wenn relativ große Einheiten (kleiner als
einige hundert Gramm) verwendet werden, die X-Y-Richtungsabtasteinheit 30 zum
Abtasten in den X-Y-Richtungen genügend kontrolliert werden kann.
Der Z-Richtungsabtaster 26 kann wie in der Ausführungsform 1 durch eine piezo
elektrische Vorrichtung oder dergleichen aufgebaut werden. Darüber hinaus erlaubt
der Aufbau des X-Y-Richtungsabtasters 29 mit einer Feder mit einer parallelen
Platte und einer piezoelektrischen Vorrichtung in Kombination ein stabileres Ab
tasten als in der Ausführungsform 1, obwohl der X-Y-Richtungsabtaster 29 eben
falls auf ähnliche Art und Weise durch eine piezoelektrische Vorrichtung oder
dergleichen aufgebaut werden kann.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 2 ist es ebenso wie in der Ausführungsform
1 bevorzugt, daß die CCD-Kamera 113 oberhalb des dichroitischen Spiegels 106
angeordnet ist, so daß Bildinformation von der Nadel 100 des Fühlers 110 und
seiner Umgebung erhalten werden kann.
Nun wird eine Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die
Fig. 12 beschrieben. Komponenten der Fig. 12, welche durch Bezugszeichen aus
Fig. 1 bezeichnet sind, sind mit den in der Ausführungsform 1 beschriebenen
Komponenten identisch. Das Prinzip der Detektion der Verschiebung ist ebenfalls
identisch mit dem der Ausführungsform 1 und wird daher im Folgenden weggelas
sen.
In der Ausführungsform 3 ersetzt eine normale Linse 401 die konfokale Linse 107
und ist eine Linse 400 zwischen der Halbleiterlaserstrahlquelle 101 und der Kolli
matorlinse 102 angeordnet, um den Durchmesser des Laserstrahls der Halbleiterla
serstrahlquelle 101 zu reduzieren, bevor die Kollimatorlinse 102 den Laserstrahl
103 kollimiert.
In den Ausführungsformen kann die Z-Richtung in einigen Fällen als die horizontale
Richtung gewählt werden, obwohl die Z-Richtung vertikal dargestellt ist.
Entsprechend den ersten und zweiten Aspekten der vorliegenden Erfindung kann
die Z-Richtungsabtasteinheit sehr leichtgewichtig ausgeführt werden, wodurch ein
weiches Abtasten durch den Z-Richtungsabtaster, für den Antwortfrequenzen von
einigen kHz benötigt werden, ermöglicht wird. Währenddessen weisen die X-
Richtungsabtasteinheit und die Y-Richtungsabtasteinheit oder die X-Y-Richtungs
abtasteinheit Gewicht auf, aber die für diese Einheiten benötigten Abtastfrequen
zen liegen in der niedrigen Größenordnung von einigen Hz bis einigen hundert Hz,
so daß das Abtasten durch den X-Richtungsabtaster, den Y-Richtungsabtaster oder
den X-Y-Richtungsabtaster nicht verhindert wird.
Die Z-Richtungsabtasteinheit bewegt sich im Gegensatz zur X-Richtungsabtastein
heit oder der X-Y-Richtungsabtasteinheit in Z-Richtung, wobei die konfokale Linse
der Z-Richtungsabtasteinheit und der Spiegel der X-Richtungsabtasteinheit oder der
X-Y-Richtungsabtasteinheit in X-Richtung immer in der gleichen Position gehalten
werden. Darüber hinaus ist das von dem Spiegel auf die konfokale Linse einfallende
Licht zur Detektion einer Verschiebung kollimiertes Licht. Daraus ergibt sich, daß
keine Fehler beim Vermessen von Verschiebungen des Fühlers auftreten werden.
Dementsprechend wird es möglich, eine gleichmäßige und richtige Vermessung der
feststehenden Probe durch die Abtastung durch den Fühler zu erzielen.
Entsprechend einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es zusätzlich zu
den Vorteilen der ersten und zweiten Aspekte der Erfindung möglich, das Bild
unterhalb des Fühlers über einen großen Zeitabschnitt hinweg zu empfangen.
Mit Hilfe der Kraftmikroskope des ersten und zweiten Aspekts der vorliegenden
Erfindung ist es möglich, durch Abtasten der Fühlerseite mit einer feststehenden
Probe eine gleichmäßige und richtige Vermessung zu erzielen. Es können daher
große und großflächige Proben zerstörungsfrei vermessen werden. Dies war bisher
nicht möglich.
Entsprechend einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es zusätzlich zu
den obigen Vorteilen möglich, das Bild unterhalb der Probe über einen großen
Zeitabschnitt hinweg zu empfangen, und somit eine leichtere Annäherung an einen
zu vermessenden Abschnitt zu ermöglichen.
Claims (20)
1. Verfahren zum Vermessen von Strukturen mit den folgenden Schritten:
im wesentlichen kollimiertes Licht (103) zur Detektion einer Verschiebung wird von einem System (101, 102, 104, 105) zum Abstrahlen von Detektierlicht abge strahlt;
die Richtung des im wesentlichen kollimierten Lichtes (103) zur Detektion einer Verschiebung wird durch einen Spiegel (106) in eine im wesentlichen senkrechte Richtung verändert, so daß es zu einer Linse (107; 401) geleitet wird;
das Licht (103) zur Detektion einer Verschiebung wird durch die erste Linse auf einen Punkt in der Nähe der reflektierenden Oberfläche eines Fühlers (110) gebün delt;
das gebündelte Licht wird durch die reflektierende Oberfläche des Fühlers reflek tiert;
durch eine gegen eine Oberfläche einer Probe wirkende atomare Kraft wird das reflektierte Licht verschoben, dort, wo das reflektierte Licht entsprechend der Verschiebung in seinem Reflexionswinkel variiert;
das verschobene Licht wird zur ersten Linse geleitet;
das geleitete Licht wird zu einem System (104, 105, 111, 112) zur Detektion der Verschiebung geleitet, indem es in der Richtung durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung umgelenkt wird; und
das zum System zur Detektion der Verschiebung geleitete Licht wird durch Ver stärkung der Verschiebung des Fühlers detektiert,
wobei das Verfahren die weiteren Schritte aufweist:
eine Z-Richtungsabtasteinheit (23) wird durch eine Z-Richtungsantriebsvorrichtung (26) in einer Richtung vertikal zur Probenoberfläche bewegt, wobei die Z-Rich tungsabtasteinheit die erste Linse und den Fühler aufweist;
eine X-Richtungsabtasteinheit (21) wird durch eine X-Richtungsantriebsvorrichtung (24) in einer ersten axialen Richtung innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene bewegt, wobei die X-Richtungsabtasteinheit die Z-Richtungsabtasteinheit, die Z-Richtungsantriebsvorrichtung und den Spiegel aufweist; und
eine Y-Richtungsabtasteinheit (22) wird durch eine Y-Richtungsantriebsvorrichtung (25) in einer zweiten axiale Richtung senkrecht zur ersten axialen Richtung in nerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene bewegt, wobei die Y-Rich tungsabtasteinheit die X-Richtungsabtasteinheit, die X-Richtungsantriebsvorrich tung, das System zum Abstrahlen von Detektierlicht und das System zum Erfassen der Verschiebung aufweist.
im wesentlichen kollimiertes Licht (103) zur Detektion einer Verschiebung wird von einem System (101, 102, 104, 105) zum Abstrahlen von Detektierlicht abge strahlt;
die Richtung des im wesentlichen kollimierten Lichtes (103) zur Detektion einer Verschiebung wird durch einen Spiegel (106) in eine im wesentlichen senkrechte Richtung verändert, so daß es zu einer Linse (107; 401) geleitet wird;
das Licht (103) zur Detektion einer Verschiebung wird durch die erste Linse auf einen Punkt in der Nähe der reflektierenden Oberfläche eines Fühlers (110) gebün delt;
das gebündelte Licht wird durch die reflektierende Oberfläche des Fühlers reflek tiert;
durch eine gegen eine Oberfläche einer Probe wirkende atomare Kraft wird das reflektierte Licht verschoben, dort, wo das reflektierte Licht entsprechend der Verschiebung in seinem Reflexionswinkel variiert;
das verschobene Licht wird zur ersten Linse geleitet;
das geleitete Licht wird zu einem System (104, 105, 111, 112) zur Detektion der Verschiebung geleitet, indem es in der Richtung durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung umgelenkt wird; und
das zum System zur Detektion der Verschiebung geleitete Licht wird durch Ver stärkung der Verschiebung des Fühlers detektiert,
wobei das Verfahren die weiteren Schritte aufweist:
eine Z-Richtungsabtasteinheit (23) wird durch eine Z-Richtungsantriebsvorrichtung (26) in einer Richtung vertikal zur Probenoberfläche bewegt, wobei die Z-Rich tungsabtasteinheit die erste Linse und den Fühler aufweist;
eine X-Richtungsabtasteinheit (21) wird durch eine X-Richtungsantriebsvorrichtung (24) in einer ersten axialen Richtung innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene bewegt, wobei die X-Richtungsabtasteinheit die Z-Richtungsabtasteinheit, die Z-Richtungsantriebsvorrichtung und den Spiegel aufweist; und
eine Y-Richtungsabtasteinheit (22) wird durch eine Y-Richtungsantriebsvorrichtung (25) in einer zweiten axiale Richtung senkrecht zur ersten axialen Richtung in nerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene bewegt, wobei die Y-Rich tungsabtasteinheit die X-Richtungsabtasteinheit, die X-Richtungsantriebsvorrich tung, das System zum Abstrahlen von Detektierlicht und das System zum Erfassen der Verschiebung aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linse eine konfokale Linse ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die X-Richtungsantriebsvorrichtung, die Y-Richtungs
antriebsvorrichtung und die Z-Richtungsantriebsvorrichtung durch eine piezoelek
trische Vorrichtung aufgebaut sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungen der X-Richtungsantriebsvorrichtung,
der Y-Richtungsantriebsvorrichtung und der Z-Richtungsantriebsvorrichtung basie
rend auf Rückkopplungssignalen des Systems zur Detektion von Verschiebungen
kontrolliert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel nur das Licht zur Detektion der Ver
schiebung reflektiert, während er Licht mit anderen Wellenlängen als die des
reflektierten Lichtes durchläßt, wobei in einem weiteren Schritt ein Bild des Fühlers
und seiner Umgebung und der den Fühler umgebenden Probenoberfläche durch das
von dem Spiegel durchgelassene Licht erhalten wird und das Bild auf einer Bilddar
stellungseinheit (113, 205) dargestellt wird.
6. Verfahren zum Vermessen von Strukturen mit den folgenden Schritten:
im wesentlichen kollimiertes Licht (103) zur Detektion einer Verschiebung wird von einem System (101, 102, 104, 105) zum Abstrahlen von Detektierlicht abge strahlt;
die Richtung des im wesentlichen kollimierten Lichtes zur Detektion einer Ver schiebung wird durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung verändert, so daß es zu einer ersten Linse (107; 401) geleitet wird;
das Licht zur Detektion einer Verschiebung wird durch die erste Linse auf einen Punkt in der Nähe der reflektierenden Oberfläche eines Fühlers (110) gebündelt;
das gebündelte Licht wird durch die reflektierende Oberfläche des Fühlers reflek tiert;
durch eine gegen eine Oberfläche einer Probe wirkende atomare Kraft wird das reflektierte Licht verschoben, dort, wo das reflektierte Licht entsprechend der Verschiebung in seinem Reflexionswinkel variiert;
das verschobene Licht wird zur ersten Linse geleitet;
das geleitete Licht wird zu einem System (104, 105, 111, 112) zur Detektion der Verschiebung geleitet, indem es in der Richtung durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung umgelenkt wird; und
das zum System zur Detektion der Verschiebung geleitete Licht wird durch Ver stärkung der Verschiebung des Fühlers detektiert,
wobei das Verfahren die weiteren Schritte aufweist:
eine Z-Richtungsabtasteinheit (23) wird durch eine Z-Richtungsantriebsvorrichtung (26) in einer Richtung vertikal zur Probenoberfläche bewegt, wobei die Z-Rich tungsabtasteinheit die erste Linse und den Fühler aufweist;
eine X-Y-Richtungsabtasteinheit (30) wird durch eine X-Y-Richtungsantriebsvor richtung (29) innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene bewegt, wobei die X-Y-Richtungsabtasteinheit die Z-Richtungsabtasteinheit, die Z-Richtungs antriebsvorrichtung, den Spiegel, das System zum Abstrahlen von Detektierlicht und das System zur Detektion der Verschiebung aufweist.
im wesentlichen kollimiertes Licht (103) zur Detektion einer Verschiebung wird von einem System (101, 102, 104, 105) zum Abstrahlen von Detektierlicht abge strahlt;
die Richtung des im wesentlichen kollimierten Lichtes zur Detektion einer Ver schiebung wird durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung verändert, so daß es zu einer ersten Linse (107; 401) geleitet wird;
das Licht zur Detektion einer Verschiebung wird durch die erste Linse auf einen Punkt in der Nähe der reflektierenden Oberfläche eines Fühlers (110) gebündelt;
das gebündelte Licht wird durch die reflektierende Oberfläche des Fühlers reflek tiert;
durch eine gegen eine Oberfläche einer Probe wirkende atomare Kraft wird das reflektierte Licht verschoben, dort, wo das reflektierte Licht entsprechend der Verschiebung in seinem Reflexionswinkel variiert;
das verschobene Licht wird zur ersten Linse geleitet;
das geleitete Licht wird zu einem System (104, 105, 111, 112) zur Detektion der Verschiebung geleitet, indem es in der Richtung durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung umgelenkt wird; und
das zum System zur Detektion der Verschiebung geleitete Licht wird durch Ver stärkung der Verschiebung des Fühlers detektiert,
wobei das Verfahren die weiteren Schritte aufweist:
eine Z-Richtungsabtasteinheit (23) wird durch eine Z-Richtungsantriebsvorrichtung (26) in einer Richtung vertikal zur Probenoberfläche bewegt, wobei die Z-Rich tungsabtasteinheit die erste Linse und den Fühler aufweist;
eine X-Y-Richtungsabtasteinheit (30) wird durch eine X-Y-Richtungsantriebsvor richtung (29) innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene bewegt, wobei die X-Y-Richtungsabtasteinheit die Z-Richtungsabtasteinheit, die Z-Richtungs antriebsvorrichtung, den Spiegel, das System zum Abstrahlen von Detektierlicht und das System zur Detektion der Verschiebung aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linse eine konfokale Linse ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die X-Y-Richtungsantriebsvorrichtung und die Z-Rich
tungsantriebsvorrichtung durch eine piezoelektrische Vorrichtung aufgebaut sind.
9. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß basierend auf Rückkopplungssignalen des Systems
zur Detektion einer Verschiebung Bewegungen der X-Y-Richtungsantriebsvor
richtung und der Z-Richtungsantriebsvorrichtung kontrolliert werden.
10. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel nur Licht zur Detektion einer Verschie
bung reflektiert und Licht mit anderen Wellenlängen als die des reflektierten Lichtes
durchläßt, wobei in einem weiteren Schritt ein Bild ein Bild des Fühlers und seiner
Umgebung und der den Fühler umgebenden Probenoberfläche durch das durch den
Spiegel durchgelassene Licht erhalten wird und das Bild auf einem Bilddarstellungs
gerät (113, 205) dargestellt wird.
11. Vorrichtung zum Vermessen einer Struktur, in welcher im wesentlichen
kollimiertes Licht (103) zur Detektion einer Verschiebung, welches von einem
System (101, 102, 104, 105) zum Abstrahlen von Detektierlicht abgestrahlt wird,
in der Richtung durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung
abgelenkt wird, um zu einer ersten Linse (107; 401) geleitet zu werden;
das Licht zur Detektion der Verschiebung durch die erste Linse in die Nähe einer reflektierenden Oberfläche eines Fühlers (110) gebündelt wird; und
in welcher reflektiertes Licht, reflektiert durch die reflektierende Oberfläche des Fühlers, welcher durch eine gegen eine Oberfläche einer Probe wirkende atomare Kraft verschoben wird, dort, wo das reflektierte Licht entsprechend der Verschie bung in Reflexionswinkel variiert, zu der ersten Linse geleitet wird und dann, indem es in der Richtung durch den Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung umgelenkt wird, zu einem System (104, 105, 111, 112) zur Detektion der Verschiebung geleitet wird, wo die Verschiebung des Fühlers verstärkt und detektiert wird, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Z-Richtungsabtasteinheit (23) mit der ersten Linse und dem Fühler; eine Z-Richtungsantriebsvorrichtung (26) zum Bewegen der Z-Richtungsabtastein heit in eine Richtung vertikal zur Probenoberfläche;
eine X-Richtungsabtasteinheit (21), verbunden mit der Z-Richtungsabtasteinheit, der Z-Richtungsantriebsvorrichtung und dem Spiegel; einer X-Richtungsantriebsvorrichtung (24) zum Bewegen der X-Richtungsabtastein heit in einer ersten axialen Richtung innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene;
eine Y-Richtungsabtasteinheit (22), welche die X-Richtungsabtasteinheit, die X- Richtungsantriebsvorrichtung, das System zum Abstrahlen von Detektierlicht und das System zur Detektion der Verschiebung aufweist; und
eine Y-Richtungsantriebsvorrichtung (25) zum Bewegen der Y-Richtungsabtastein heit in einer zweiten axialen Richtung senkrecht zu der ersten axialen Richtung innerhalb der zur Probenoberfläche parallelen Ebene.
das Licht zur Detektion der Verschiebung durch die erste Linse in die Nähe einer reflektierenden Oberfläche eines Fühlers (110) gebündelt wird; und
in welcher reflektiertes Licht, reflektiert durch die reflektierende Oberfläche des Fühlers, welcher durch eine gegen eine Oberfläche einer Probe wirkende atomare Kraft verschoben wird, dort, wo das reflektierte Licht entsprechend der Verschie bung in Reflexionswinkel variiert, zu der ersten Linse geleitet wird und dann, indem es in der Richtung durch den Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung umgelenkt wird, zu einem System (104, 105, 111, 112) zur Detektion der Verschiebung geleitet wird, wo die Verschiebung des Fühlers verstärkt und detektiert wird, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Z-Richtungsabtasteinheit (23) mit der ersten Linse und dem Fühler; eine Z-Richtungsantriebsvorrichtung (26) zum Bewegen der Z-Richtungsabtastein heit in eine Richtung vertikal zur Probenoberfläche;
eine X-Richtungsabtasteinheit (21), verbunden mit der Z-Richtungsabtasteinheit, der Z-Richtungsantriebsvorrichtung und dem Spiegel; einer X-Richtungsantriebsvorrichtung (24) zum Bewegen der X-Richtungsabtastein heit in einer ersten axialen Richtung innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene;
eine Y-Richtungsabtasteinheit (22), welche die X-Richtungsabtasteinheit, die X- Richtungsantriebsvorrichtung, das System zum Abstrahlen von Detektierlicht und das System zur Detektion der Verschiebung aufweist; und
eine Y-Richtungsantriebsvorrichtung (25) zum Bewegen der Y-Richtungsabtastein heit in einer zweiten axialen Richtung senkrecht zu der ersten axialen Richtung innerhalb der zur Probenoberfläche parallelen Ebene.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linse eine konfokale Linse ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die X-Richtungsantriebsvorrichtung, die Y-Richtungs
antriebsvorrichtung und die Z-Richtungsantriebsvorrichtung jeweils durch eine
piezoelektrische Vorrichtung aufgebaut sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11,
gekennzeichnet durch eine auf Rückkopplungssignalen des Systems zur Detektion
von Verschiebungen basierenden Steuereinheit (200) zum Kontrollieren der Bewe
gungen der X-Richtungsantriebsvorrichtung, der Y-Richtungsantriebsvorrichtung
und der Z-Richtungsantriebsvorrichtung.
15. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel nur das Licht zur Detektion einer Ver
schiebung reflektiert und Licht anderer Wellenlängen als die des reflektierten
Lichtes durchläßt, und daß eine Bilddarstellungsvorrichtung (113, 205) zum Erfas
sen eine Probenoberflächenbildes des Fühlers und seiner Umgebung durch das
durch den Spiegel durchgelassene Licht und zum Darstellen des Bildes auf der
Bilddarstellungsvorrichtung vorgesehen ist.
16. Vorrichtung zum Vermessen einer Struktur, in welcher im wesentlichen
kollimiertes Licht (103) zur Detektion einer Verschiebung, welches von einem
System (101, 102, 104, 105) zum Abstrahlen von Detektierlicht abgestrahlt wird,
in der Richtung durch einen Spiegel (106) in eine im wesentlichen senkrechte
Richtung abgelenkt, um zu einer ersten Linse (107; 401) geleitet zu werden;
das Licht zur Detektion der Verschiebung durch die erste Linse in die Nähe einer reflektierenden Oberfläche eines Fühlers (110) gebündelt wird;
und in welcher reflektiertes Licht, reflektiert durch die reflektierende Oberfläche des Fühlers, welcher durch eine gegen eine Oberfläche einer Probe wirkende atomare Kraft verschoben wird, dort, wo das reflektierte Licht entsprechend der Verschie bung in Reflexionswinkel variiert, zu der ersten Linse geleitet wird und dann, indem es in der Richtung durch den Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung umgelenkt wird, zu einem System (104, 105, 111, 11 2) zur Detektion der Verschiebung geleitet wird, wo die Verschiebung des Fühlers verstärkt und detektiert wird, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Z-Richtungsabtasteinheit (23) mit der ersten Linse und dem Fühler;
eine Z-Richtungsantriebsvorrichtung (26) zum Bewegen der Z-Richtungsabtastein heit in eine Richtung vertikal zur Probenoberfläche;
eine X-Y-Richtungsabtasteinheit (21), welche die Z-Richtungsabtasteinheit, die Z- Richtungsantriebsvorrichtung, den Spiegel, das System zum Abstrahlen von Detektierlicht und das System zur Detektion der Verschiebung aufweist; und
eine X-Y-Richtungsantriebsvorrichtung (24) zum Bewegen der X-Y-Richtungs abtasteinheit innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene.
das Licht zur Detektion der Verschiebung durch die erste Linse in die Nähe einer reflektierenden Oberfläche eines Fühlers (110) gebündelt wird;
und in welcher reflektiertes Licht, reflektiert durch die reflektierende Oberfläche des Fühlers, welcher durch eine gegen eine Oberfläche einer Probe wirkende atomare Kraft verschoben wird, dort, wo das reflektierte Licht entsprechend der Verschie bung in Reflexionswinkel variiert, zu der ersten Linse geleitet wird und dann, indem es in der Richtung durch den Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung umgelenkt wird, zu einem System (104, 105, 111, 11 2) zur Detektion der Verschiebung geleitet wird, wo die Verschiebung des Fühlers verstärkt und detektiert wird, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Z-Richtungsabtasteinheit (23) mit der ersten Linse und dem Fühler;
eine Z-Richtungsantriebsvorrichtung (26) zum Bewegen der Z-Richtungsabtastein heit in eine Richtung vertikal zur Probenoberfläche;
eine X-Y-Richtungsabtasteinheit (21), welche die Z-Richtungsabtasteinheit, die Z- Richtungsantriebsvorrichtung, den Spiegel, das System zum Abstrahlen von Detektierlicht und das System zur Detektion der Verschiebung aufweist; und
eine X-Y-Richtungsantriebsvorrichtung (24) zum Bewegen der X-Y-Richtungs abtasteinheit innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß erste Linse eine konfokale Linse ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß die X-Y-Richtungsantriebsvorrichtung und die Z-
Richtungsantriebsvorrichtung jeweils durch eine piezoelektrische Vorrichtung
aufgebaut sind.
19. Vorrichtung nach Anspruch 16,
gekennzeichnet durch eine auf Rückkopplungssignalen des Systems zur Detektion
von Verschiebungen basierenden Steuereinheit (200) zum Kontrollieren der Bewe
gungen der X-Y-Richtungsantriebseinheit und der Z-Richtungsantriebseinheit.
20. Vorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel nur das Licht zur Detektion einer Ver
schiebung reflektiert und Licht anderer Wellenlängen als die des reflektierten
Lichtes durchläßt, und daß eine Bilddarstellungsvorrichtung (113, 205) zum Erfas
sen eine Probenoberflächenbildes des Fühlers und seiner Umgebung durch das
durch den Spiegel durchgelassene Licht und zum Darstellen des Bildes auf der
Bilddarstellungsvorrichtung vorgesehen ist.
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