DE3903560A1 - Mikroskop mit einem geraet zur vermessung mikroskopischer strukturen - Google Patents

Description

Geräte zur Vermessung mikroskopischer Strukturen werden überwiegend in der Elektronikindustrie für die Inspektion von Wafern bzw. Masken eingesetzt. Solche Geräte werden oft auch als "Linienbreitenmeßgeräte" bezeichnet.

Den bekannten Geräten ist gemeinsam, daß sie nach Art eines Mikroskopes aufgebaut sind, das heißt das eigentliche Meßgerät ist entweder als Zusatzteil, z. B. Aufsatz für ein vorhandenes Mikroskop ausgebildet, oder stellt sich als ein an verschiedenen Stellen umgebautes Mikroskop dar. Die bekannten Geräte unterscheiden sich jedoch was das ihnen zugrundeliegende Meßprinzip betrifft und lassen sich danach in drei Kategorien einordnen:

So sind Geräte bekannt, die das optische Zwischenbild des Mikroskops nachvergrößert auf die Röhre einer Fernsehkamera abbilden. Die eigentliche Messung z. B. der Strukturbreite erfolgt dann auf elektronischem Wege durch Auswertung des Videosignals der Fernsehkamera. Nachteilig an diesen Geräten ist, daß die Videokamera das Auflösungsvermögen bestimmt. Für hochgenaue Messungen im Submikronbereich sind solche Geräte daher nicht geeignet.

Zur zweiten Kategorie gehören Geräte, bei denen im Zwischenbild des Mikrokops eine Spaltblende verschoben wird, hinter der ein Photomultiplier angeordnet ist. Derartige Geräte sind beispielsweise in den US-Patentschriften 43 73 817 und 46 00 832 beschrieben. Auch mit diesen Geräten läßt sich jedoch keine sonderlich hohe Auflösung erreichen, da es nicht ohne weiteres möglich ist, die Spaltblende präzise zu führen und ihre Position im Meßbild zu bestimmen. Auch ist die Scangeschwindigkeit der Geräte diesen Typs nicht sonderlich hoch.

Zur zweiten Kategorie lassen sich auch Geräte zählen, in denen nicht die Spaltblende im Zwischenbild, sondern das Objekt selbst während des Meßvorganges mit Hilfe von Piezotranslatoren senkrecht zur optischen Achse verschoben wird. Das ist jedoch mit einem noch höheren Aufwand verbunden, denn die Objektbewegung muß hier mit einer um den Abbildungsmaßstab des Mikroskopobjektivs von ca. 40× oder 100× höheren Präzision erfolgen bzw. gemessen werden.

Zur dritten Kategorie gehören Geräte, die nicht im Objektbild messen, sondern einen punktförmig fokussierten Lichtstrahl über die zu vermessende Struktur bewegen. Solche Geräte sind beispielsweise in der EP-A2 01 68 643 und der DE-A1 36 10 530 beschrieben.

Die aus den genannten Schriften bekannten Geräte benutzen zur Ablenkung des Meßspots Schwenkspiegel bzw. sogenannte Galvanometer-Scanner. Mit diesen Ablenkelementen lassen sich zwar hohe Meßgeschwindigkeiten erzielen und läßt sich der Meßspot schnell über einen relativ großen Bereich der Probe hinwegführen. Meßtechnisch gesehen ist dies aber eher ein Nachteil. Denn die relativ großen Auslenkungen des Meßspots werden durch ziemlich geringe Ablenkwinkel der Schwenkspiegel herbeigeführt und aus den Ablenkwinkeln wird ja das eigentliche Meßsignal gewonnen. Zudem treten bei Galvano-Scannern zusätzlich Hystereseeffekte auf, von denen die erzielbare Meßgenauigkeit beschränkt wird.

Aus der US-PS 39 41 980 ist eine Einrichtung zur Justierung von Wafern relativ zu der für die Belichtung verwendeten Maske bekannt. Die Einrichtung wird dort "Scanning-Photoelectric- Microscop" genannt. Darin ist ein mit gleichförmiger Geschwindigkeit angetriebenes, rechteckiges, planparalleles Prisma eingesetzt, um die auf Spaltblenden im Zwischenbild abgebildeten Justiermarken des Wafers bzw. der Maske zu verschieben. Die Signale der hinter den Meßblenden angeordneten Detektoren dienen dazu, den Wafer exakt in bezug auf die Maske zu justieren.

Die bekannte Einrichtung arbeitet wie die in der zweiten Kategorie genannten Geräte nach dem Prinzip der Verschiebung des gesamten Objektbildes relativ zur Meßblende. Die Einrichtung dient außerdem nur zur Lagejustierung, ein Gerät zur Vermessung der Strukturen auf dem Wafer selbst ist nicht vorgesehen. Außerdem besitzt die Einrichtung wie die in der Kategorie 1 und 2 genannten Geräte den Nachteil, daß das gesamte Objekt beleuchtet wird, wodurch die Empfindlichkeit und letztlich auch die Genauigkeit herabgesetzt wird.

Aus der US-PS 46 85 775 ist ein mit strahlablenkenden Schwenkspiegeln arbeitendes Laser-Scanning-Mikroskop bekannt, das außerdem eine schwenkbare Planplatte besitzt, um den Laserstrahl senkrecht zur optischen Achse zu verschieben. Die Planplatte dient jedoch allein dazu, die Auswanderung des Strahls aus der Pupille des Mikroskopobjektivs zu kompensieren, die der erste Schwenkspiegel verursacht, weil er nicht exakt am Ort der Pupille plaziert werden kann. Die eigentliche Ablenkung des Laserfokus über das Objekt geschieht allein durch die Schwenkspiegel. Ein Gerät zur Linienbreitenmessung ist bei diesem Mikroskop nicht vorgesehen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Mikroskop mit einem Gerät zur Vermessung mikroskopischer Strukturen zu schaffen, das sich durch eine hohe Meßgenauigkeit im Submikrometerbereich bei möglichst geringem apparativen Aufwand auszeichnet.

Ausgehend von einem Gerät nach dem Oberbegriff wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale dadurch gelöst, daß im nichtparallelen Strahlengang des optischen Systems mindestens eine um definierte Winkel verschwenkbare Planplatte angeordnet ist, die mit einem Encoder zur Messung des Schwenkwinkels der Planplatte gekoppelt ist, und daß die Signale des Encoders und des Empfängers zum Nachweis der reflektierten Strahlung einer Auswerteeinheit zur Berechnung der linearen Abmessungen der Struktur zugeführt sind.

Gemäß der Erfindung wird der das Objekt zur Linienbreitenmessung abtastende Lichtspot mit Hilfe einer oder mehrerer Planplatten im konvergenten Strahlengang abgelenkt und der Schwenkwinkel der Planplatte zur Darstellung des Meßergebnisses herangezogen. Da die erzielbare Ablenkung des Meßspots im Objekt von der Dicke der Planplatte abhängt, läßt sich über diesen Parameter der Übersetzungsfaktor zwischen Schwenkwinkel und Spotverschiebung einstellen. Hierdurch ist es möglich, relativ hohe Übersetzungen zu erreichen, so daß bereits sehr kleine Auslenkungen des Meßspots im Submikrometerbereich ohne weiteren Aufwand allein mit Hilfe eines an die Drehachse der Planplatte angesetzten Winkelencoders präzise gemessen werden können. Die Anforderungen an die Winkelmessung bei Verwendung einer Planplatte mit ein oder zwei Millimetern Dicke sind etwa um zwei Größenordnungen geringer verglichen mit einem Gerät, das Schwenkspiegel zur Strahlablenkung verwendet, wie z. B. die bekannten, einleitend der Kategorie drei zugeordneten Geräte.

Zwar läßt sich der Meßspot mit der Planplatte nur um geringe Beträge im Sehfeld des Mikroskopobjektivs verschieben, dies ist bei der gestellten Aufgabe, der Vermessung von Strukturen im Submikrometerbereich jedoch nicht störend.

Vorteilhaft sendet die Punktlichtquelle, die zur Bildung des Meßspots dient, Ultraviolettstrahlung aus und sind die optischen Systeme im Meßstrahlengang sowie der zur Abbildung des Meßspots mitverwendete Teil des optischen Systems des eigentlichen Mikroskops, d. h. das Objektiv und die Tubuslinse, zur Übertragung von UV-Strahlung geeignet. Denn da die Größe des erzielbaren Meßspots von der Wellenlänge des Meßlichts abhängt, läßt sich der Meßspot bei Verwendung von UV-Strahlung kleinhalten. Es ist weiterhin zweckmäßig, vor dem Empfänder eine Punktblende anzuordnen und zwar in einer zur Punktlichtquelle konjugierten Ebene. Denn wegen des dadurch erzielten konfokalen Aufbaues trägt nur Licht zur Linienbreitenmessung bei, das aus dem Schärfentiefenbereich selbst stammt, und kontrastmindernde Lichtanteile aus außerfokalen Ebenen werden ausgeblendet (Tiefendiskriminierung).

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn das Mikroskop einen Antrieb für die Feinfokussierung des Objektivs bzw. Objektivrevolvers besitzt, dem Sensoren zur Messung der Fokussierbewegung zugeordnet sind. Wenn die Signale dieser Sensoren ebenfalls der Auswerteelektronik zugeführt werden, können die zu vermessenden Objektstrukturen im Höhenprofil dargestellt werden.

Mikroskope mit Aufbauten zur Linienbreitenmessung besitzen zwar in der Regel einen auf den Objekttisch wirkenden, elektrisch betätigten Fokussiertrieb, der häufig auch mit einer Autofokuseinrichtung zur automatischen Einstellung auf die Schärfenebene des zu vermessenden Objekts bzw. der zu vermessenden Struktur gekoppelt ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß es zweckmäßig ist, einen zweiten, hochgenau arbeitenden Feintrieb für die Z-Bewegung vorzusehen, der allein zur Meßwertaufnahme dient und von den Tischantrieben unabhängig ist. In vorteilhaften Ausführungsformen sind hierzu Antriebe für das Objektiv bzw. den Objektivrevolver des Mikroskops vorgesehen, wobei die spielfreie Führung des Objektivs oder Objektivrevolvers bzw. des gesamten Mikroskopoberteils über ein Biegeelement erfolgt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Fig. 1-4 der beigefügten Zeichnungen.

Fig. 1 ist eine Gesamtansicht des Mikroskops mit eingebautem Gerät zur Strukturbreitenmessung;

Fig. 2 ist eine Prinzipskizze der im Gesamtgerät nach Fig. 1 enthaltenen Optik;

Fig. 3 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das neben dem Meßstrahlengang aus Fig. 2 die elektronischen Komponenten des Gerätes zeigt;

Fig. 4 ist die Gesamtansicht eines im Vergleich zu Fig. 1 alternativen Ausführungsbeispiels.

Das in Fig. 1 dargestellte Gesamtgerät besteht aus dem Mikroskop (1) und dem darauf aufgesetzten eigentlichen Meßgerät (2) für die Strukturbreitenmessung. Auf dem Stativfuß (7) des Mikroskops (1) ist ein waagerecht in den beiden Richtungen X und Y verschiebbarer Kreuzschlitten (8, 9) gelagert. Die obere Platte (9) des Kreuzschlittens ist mit einem Drehlager (10) versehen, auf das der in Z höhenverschiebliche eigentliche Objektträger (11) aufgesetzt ist. Mit (12) ist der dort mittels nicht dargestellter Vakuumdüsen gehaltene, zu untersuchende Wafer bezeichnet.

Das zur Abbildung des Wafers auf eine Fernsehkamera (14) dienende Objektiv (4) ist an einem Objektivrevolver (3) befestigt, der ebenfalls höhenverstellbar ist. Zur Führung des Revolvers (3) dient eine Biegeplatte (5), die mit ihrem anderen Ende am Mikroskopstativ (1) befestigt ist und mit einem Einschnitt (6) versehen ist. Der Einschnitt (6), der die Biegeplatte (5) an dieser Stelle schwächt, stellt den Drehpunkt dar, um den sich die Biegeplatte (5) und damit das daran befestigte Objektiv (4) dreht. Infolge dieser Drehbewegung verkippt zwar theoretisch auch die optische Achse des Mikroskops, der Betrag dieser Kippbewegung ist jedoch bei der für die Meßbewegung des Objektivs (4) in Richtung der optischen Achse vorgesehenen Gesamtauslenkung von 10 Mikrometern so gering, daß sie keine Rolle spielt. Der Antrieb zur Herbeiführung der Z-Bewegung des Objektivs (4) ist in Fig. 1 nicht dargestellt. Hierauf wird im Zusammenhang mit Fig. 2 eingegangen werden.

An die Rückseite des Mikroskopstativs (1) ist eine faseroptische Beleuchtungseinrichtung (13) angesetzt, die zur Objektbeleuchtung im Auflicht dient.

Das als Aufsatzteil ausgebildete eigentliche Meßgerät (2) besitzt eine eigene Lichtquelle in einem ebenfalls rückseitig angesetzten Lampengehäuse (16). Mit (15) ist der über eine Aufnahmeschwalbe an das Meßgerät (2) angesetzte Photomultiplier bezeichnet.

In einem zweiten, alternativen Ausführungsbeispiel ist wie in Fig. 4 dargestellt nicht der Objektivrevolver separat geführt, sondern das gesamte Mikroskopoberteil (101 b) mittels einer u- förmigen Biegeplatte um kleine Winkelbeträge kippbar. Hierzu besitzt die Biegeplatte die Form eines liegenden U, wobei die beiden waagerechten Schenkel (105 a) und (105 b), die an das Oberteil (101 b) und den Stativfuß (101 a) des Mikroskops angeschraubt sind, durch die Biegestelle (106) an der Rückseite des Mikroskops verbunden sind. Vorne sind die beiden Schenkel (105 a) und (105 b) der Biegeplatte durch einen Piezoantrieb (118) miteinander verbunden. In dieser Ausführungsform ist der Abstand zwischen dem Objektiv und dem Drehpunkt (106) sehr groß. Die relativ hohe Masse des zu bewegenden Mikroskopoberteils spielt wegen der geringen Frequenz der Einstellbewegung keine Rolle.

In Fig. 2 ist das optische System des Gesamtgerätes dargestellt: Der Auflichtbeleuchtungsstrahlengang des eigentlichen Mikroskops geht von einer Lichtquelle (41) aus, die von einem Kollektor (42) und einer Linse (43) in die Ebene einer Aperturblende (44) abgebildet wird. Auf die Aperturblende (44) folgen in bekannter Weise eine Feldlinse (45), sowie eine Hilfslinse (47), die in Verbindung mit dem Objektiv (4) die Feldblende (46) in die Ebene des Objektes (12) abbildet. Ein Strahlteiler (49) spiegelt den Beleuchtungsstrahlengang in den Beobachtungsstrahlengang des Mikroskopes ein. Zwischen dem Strahlteiler (49) und der Linse (47) ist eine Prismentreppe (48) eingefügt, die einen Parallelversatz des Beleuchtungsstrahlenganges zur Anpassung an mechanische Gegebenheiten des Mikroskopstativs herbeiführt.

Der Beobachtungsstrahlengang des Mikroskops besteht aus der Tubuslinse (50), einem Umlenkspiegel (40) und darauffolgend einem weiteren Strahlteiler (39), der den Beobachtungsstrahlengang in Richtung auf die oben auf das Mikroskop aufgesetzte Videokamera (14) umlenkt. An der Stelle des Strahlteilers (39) wird der Meßstrahlengang in den Beobachtungsstrahlengang des Mikroskopes eingespiegelt.

Die Beleuchtungseinheit (16) für den Meßstrahlengang enthält eine Quecksilberhöchstdrucklampe standardmäßiger Bauart. Derartige Lichtquellen besitzen eine sehr hohe Leuchtdichte und ein dem kontinuierlichen Spektrum überlagertes Linienspektrum, das in den UV-Bereich hineinreicht. Der Quecksilberhöchstdrucklampe (31) ist ein Quarzkollektor (32) sowie ein auswechselbares Interferenzfilter (33) vorgeschaltet. Mit diesem Filter (33) läßt sich eine der Spektrallinien, z. B. bei 250 nm oder 365 nm, der Lichtquelle (31) ausfiltern. Der Kollektor (32) fokussiert die Lichtquelle (31) auf eine Punktblende (34). Mit diesen Maßnahmen ist am Ort der Blende (34) eine punktförmige UV-Lichtquelle mit hoher Leuchtdichte realisiert.

Die Punktlichtquelle (34) wird mit zwei Linsen (35 und 38) in die Zwischenbildebene (70) des Mikroskops abgebildet. Zwischen den Linsen (35 und 38) sind ein Umlenkspiegel (37) sowie ein weiterer Strahlteiler (36) eingefügt. Der Strahlteiler (36) trennt das Beleuchtungslicht im Meßstrahlengang von dem vom Objekt (12) reflektierten Meßlicht. Zu dessen Nachweis ist in diesem ausgespiegelten Teilstrahlengang hinter einer Linse (52) und einer zweiten punktförmigen Blende (54) der Photomultiplier (15) angeordnet. Die Blende (54) befindet sich in einer zur Blende (34) konjugierten Ebene.

Im nichtparallelen Strahlengang zwischen der Tubuslinse (50) des Mikroskops und der Zwischenbildebene (70) sind zwei schwenkbare Planplatten eingefügt. Die beiden Planplatten (30 a und 30 b) lassen sich gezielt um zwei senkrecht aufeinander stehende Achsen verschwenken. Diese Schwenkbewegung verursacht eine Verschiebung des Meßspots, d. h. des Bildes der über die Tubuslinse (50) und das Objekt (4) auf die Oberfläche des Objektes (12) abgebildeten Punktlichtquelle.

Die zwischen der Quecksilberhöchstdrucklampe (31) und der Objektebene (12) im Meßstrahlengang angeordnete Optik einschließlich des Objektivs (4) und der Tubuslinse (50) sind aus Gläsern mit hoher UV-Transmission hergestellt.

Zur Durchführung von Strukturbreitenmessungen können wie schon gesagt die Planplatten (30 a und 30 b) um definierte Winkelbeträge gedreht bzw. verschwenkt werden. Hierzu sind, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, Antriebsmotoren (25 a und 25 b) vorgesehen, die direkt auf die Schwenk- bzw. Drehachsen der Planplatten angesetzt und mit Winkelencodern (61 a und 61 b) zur Rückmeldung des eingestellten Schwenkwinkels versehen sind. Aus den Signalen der Encoder (61 a und 61 b) werden die eigentlichen Meßwerte gewonnen. Die Encoder sind deshalb ebenso wie der Photomultiplier (15) an die Auswerteelektronik (62) angeschlossen (siehe Fig. 3) in der die eigentliche Meßwertbildung erfolgt.

Kernstück der Steuerelektronik (62) ist der Rechner oder Mikroprozessor (20). Mit dem Rechner (20) ist die Motorsteuerung (24) verbunden, die die Motoren (25 a und 25 b) ansteuert und die Signale der Encoder (61 a und 61 b) empfängt. Der Rechner teilt der Motorsteuerung die Beträge mit, um die die beiden Planplatten (30 a und 30 b) simultan während eines Meßzyklus verschwenkt werden. Durch entsprechende Einstellung der Amplituden der Schwenkbewegung läßt sich der Meßspot in der Ebene des zu vermessenden Objektes, d. h. des Wafers (12), in beliebiger Richtung verschieben.

Der Rechner (20) ist außerdem an den Vorverstärker (21) des Photomultiplier (15) angeschlossen. Während eines Meßzyklus speichert der Rechner (20) die zu bestimmten Positionen im Objekt gehörenden Intensitätssignale des Photomultipliers (15) ab. Hierzu ist gleichzeitig eine Umrechnung der Schwenkwinkel, bzw. der von den Encodern (61 a und 61 b) gelieferten Signale in Objektkoordinaten erforderlich, die sich entweder anhand bekannter Formeln bzw. eines in einem Eichvorgang ermittelten Zusammenhanges durchführen läßt.

Der Rechner (20) ist weiterhin mit der Treiberelektronik (23) für den piezoelektrischen Antrieb (18) des Objektivrevolvers bzw. des daran befestigten Objektivs (4) verbunden. Der auf das Objekt fokussierte Meßspot kann damit in einem Bereich von ±5 Mikrometern in verschiedenen Fokusebenen über das Objekt geführt werden. Das daraus resultierende zweidimensionale Datenfeld gibt das Oberflächenprofil des Wafers (12) mit sehr hoher Genauigkeit wieder und wird vom Rechner (20) auf dem Schirm des daran angeschlossenen Monitors (22) dargestellt. Dem Piezoantrieb (18) ist ein Meßsystem (60) zur Rückmeldung der eingestellten Höhe an den Rechner (20) zugeordnet. Da es sich bei der Meßbewegung in Richtung der optischen Achse nur um geringe Beträge handelt, können hierfür Dehnungsmeßstreifen eingesetzt werden. Außerdem sind beispielsweise von der Fa. "Physik Instrumente" (PI) in Karlsruhe Piezotranslatoren mit bereits eingebautem Ortssensor unter der Bezeichnung P-172 bzw. P-177 und P841.10 erhältlich und für diesen Zweck geeignet. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 entspricht der Piezoantrieb (118), mit dem das gesamte Mikroskopoberteil mit dem Objektiv angetrieben wird, dem Antrieb (18).

Wie schon anhand von Fig. 1 erläutert, liegt das Objekt (12) auf einem in allen drei Raumrichtungen X, Y und Z verstellbaren und um die optische Achse drehbaren Tisch (11) auf. Die Steuerung (26) für die vier Antriebe dieses Tisches (11) erhält ihre Steuersignale ebenfalls vom Rechner (20). Außerdem ist die Motorsteuerung (26) mit einer Autofokuseinrichtung (27) verbunden. Diese Autofokuseinrichtung (27) stellt zu Beginn eines Meßzyklus scharf, indem sie den Z-Antrieb des Tisches (11) solange betätigt, bis das Bild des Objektes den maximalen Kontrast zeigt. Dazu wertet die Autofokuseinrichtung (27) das Videosignal der Kamera (14) aus. Selbstverständlich kann man hierfür auch eine andere Art von Autofokuseinrichtung verwenden, beispielsweise die in der DE-PS 34 46 727 beschriebene.

An die Videokamera (14) ist eine Bildanalyseeinrichtung (28) angeschlossen. Deren Aufgaben bestehen darin, die Positionierung und Winkelorientierung des Wafers durchzuführen. Der entsprechende Ausgang der Bildverarbeitungseinrichtung (28) ist deshalb ebenfalls mit der Motorsteuerung (26) für den Tisch (11) verbunden. Außerdem ist an die Bildverarbeitungseinrichtung (28) ein zweiter Monitor (29) angeschlossen, auf dem das Bild der Waferoberfläche im Lichte der "normalen" Auflichtbeleuchtungseinrichtung (41 bis 48) des Mikroskops erscheint.

Ein typischer Meßablauf mit dem in Fig. 1 bis 3 beschriebenen Gerät sieht also folgendermaßen aus:

Nachdem der Wafer (12) auf dem Tisch (11) plaziert ist, wird mit Hilfe des Bildanalysegerätes (28) der Wafer in X- und Y- Richtung positioniert und bezüglich seiner Winkellage orientiert. Die Positionierung erfolgt im wesentlichen dadurch, daß das Bildanalysegerät (28) die für den Wafer (12) ausgewählten Meßstellen identifiziert und anfährt. Während dieser Bewegung wird mit Hilfe der Autofokuseinrichtung (27) die Waferoberfläche der Schärfenebene des Objektivs (4) nachgeführt.

Wenn das zu messende Objektdetail eingestellt ist, trennt der Rechner (20) den Z-Antrieb des Tisches (17) von der Motorsteuerung (26) und führt den eigentlichen Meßvorgang durch. Dieser besteht darin, daß die Planplatten (30 a und 30 b) gedreht und die auf die Waferoberfläche abgebildete Punktlichtquelle, das heißt der Meßspot über die zu vermessende Struktur geführt wird. Dies geschieht zyklisch, wobei die Lage der Schärfenebene zwischen jedem Zyklus mit Hilfe des Feinsttriebs (18) bzw. (118) für die Fokussierbewegung des Objektivs (4) variiert werden. Alternativ hierzu ist auch eine Betriebsweise möglich, nach der primär über den Feinsttrieb (18) bzw. (118) eine zyklische Abtastung des Objekts in Z-Richtung durchgeführt wird und die Planplatten (30 a und 30 b) zwischen diesen Zyklen jeweils um kleine Beträge weiterverstellt werden. Der Rechner ordnet in beiden Fällen das Maximum der mit dem Photomultiplier (15) gemessenen Intensität der vom Objekt reflektieren Meßstrahlung den zugehörigen Werten für die Position (X, Y) des Meßspots in der Ebene und dem mit Hilfe des Meßsystems (60) ermittelten Höhenwert Z zu. Auf diese Weise entsteht ein dreidimensionales Profil der zu untersuchenden Struktur.

Wie bereits angeführt ist es für eine Darstellung des Höhenprofils in Objektkoordinaten nötig, den Schwenkwinkel der Planplatten in die tatsächliche Spotverschiebung umzurechnen. Der mathematische Zusammenhang wird im wesentlichen durch eine Sinusfunktion beschrieben. Es gilt folgender Zusammenhang:

Hierin gehen die Dicke der Planplatte (d), ihr Brechungsindex (n) und die Maßstabszahl (A) des verwendeten Objektivs als Parameter ein.

Setzt man gängige Werte als Parameter ein, beispielsweise n = 1,4, d = 2 mm, A = 100, so ergibt ein Schwenkwinkel α von 10° eine Spotverschiebung Δ S von etwa 1 µm. Hierdurch wird klar, daß mit dem beschriebenen System durchaus eine Auflösung von 10 nm und besser erzielt werden kann, was für die Vermessung von Strukturen im Submikrometerbereich anzustreben ist. Denn eine Winkelauflösung von einigen Winkelsekunden ist mit handelsüblichen Encodern bekannter Bauart zu erreichen, ohne daß ein Interpolator verwendet werden muß.

Claims (7)

1. Mikroskop mit einem Gerät zur Vermessung mikroskopischer Strukturen mittels eines auf die Struktur fokussierten, punktförmigen Strahlenbündels und photoelektrischem Nachweis des reflektierten Teils der Strahlung, wobei das Gerät als Zusatzteil für das Mikroskop ausgebildet ist und eine Punktlichtquelle sowie ein optisches System zur Abbildung der Punktlichtquelle auf die Struktur enthält, dadurch gekennzeichnet, daß

• - im nichtparallen Strahlengang des optischen Systems (35- 40) mindestens eine um definierte Winkel verschwenkbare Planplatte (30 a, b) angeordnet ist, die mit einem Encoder (61 a, b) zur Messung des Schwenkwinkels der Planplatte gekoppelt ist,
• - die Signale des Encoders (61 a, b) und des Empfängers (15) zum Nachweis der reflektierten Strahlung einer Auswerteeinheit (62) zur Berechnung der linearen Abmessungen der Struktur zugeführt sind.

2. Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Punktlichtquelle (34) Ultraviolettstrahlung aussendet und das optische System (35-40) des Gerätes sowie das optische System (4, 50) des zugehörigen Mikroskops zur Übertragung von UV-Strahlung geeignet ist.

3. Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Empfänger (15) in einer zur Punktlichtquelle (34) konjugierten Ebene eine Punktblende (54) angeordnet ist.

4. Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Mikroskopstativ ein Antrieb (18) für die Feinfokussierung des Objektivs (4) bzw. Objektivrevolvers (3) vorgesehen ist, dem Sensoren (60) zur Messung der Fokussierbewegung zugeordnet sind, und daß die Signale der Sensoren (60) ebenfalls der Auswerteelektronikeinheit (62) zugeführt sind.

5. Mikroskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die spielfreie Führung des Objektivs (4) bzw. Objektivrevolvers (3) in Richtung der Fokussierbewegung ein Biegeelement (5; 105) vorgesehen ist.

6. Mikroskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikroskop zusätzlich einen Antrieb (26) zur elektrischen Höhenverstellung des Objekttisches (17) besitzt und diesem Antrieb eine Einrichtung (27) zur automatischen Scharfeinstellung zugeordnet ist.

7. Mikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Biegeelement (105 a, b) das gesamte Oberteil (101 b) des Mikroskops trägt.