DE69415641T2

DE69415641T2 - Vorrichtung zur Dünnschichtdickenmessung

Info

Publication number: DE69415641T2
Application number: DE69415641T
Authority: DE
Inventors: Moshe Rehovot 7655 Finarov
Original assignee: Nova Measuring Instruments Ltd
Current assignee: Nova Ltd
Priority date: 1993-11-09
Filing date: 1994-10-17
Publication date: 1999-07-29
Anticipated expiration: 2014-10-18
Also published as: JP3697279B2; USRE41906E1; US5517312A; DE69415641D1; IL107549A; IL107549A0; EP0652415B1; EP0652415A1; JPH07198342A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Systeme und Verfahren zur nicht-destruktiven Qualitätskontrolle. Sie betrifft insbesondere optische Systeme und Verfahren zur Dickenmessung und zur Messung des Brechungsindex von dünnen Schichten.
Optische Meßinstrumente werden typischerweise in der Mikroelektronikindustrie verwendet, um nicht-destruktiv und ohne Kontakt die Dicke von dünnen Schichten zu messen. Die beiden hauptsächlich verwendeten Systeme sind Photospektrometer (oder Reflektometer) und Ellipsometer. Folgende US-Patente bilden den Stand der Technik:
- Für Ellipsometer: 5 166 752, 5 061 072, 5 042 951, 4 957 368, 4 681 450, 4 653 924, 4 647 207 und 4 516 855,
- für Photospektrometer: 5 181 080, 5 159 412, 5 120 966, 4 999 014 und 4 585 348.
In US 4 826 321 beschreibt Coates et al. ein System zur Dickenmessung von dünnen Schichten, indem ein Laserstrahl von ebenem polarisiertem Licht im Brewster-Winkel auf das Substrat eingestrahlt wird und die Intensitätsänderungen einer Messung mit dem Substrat allein und einer Messung mit dem mit der Schicht beschichteten Substrat gemessen wird.
EP 55 87 81 A1 beschreibt ein Verfahren/eine Vorrichtung zur Belichtung von Substraten, das die eine eindimensionale Verschiebeeinrichtung zur Verschiebung des optischen Kopfes verwendet.
Die beiden Systeme nach dem Stand der Technik sind jeweils in den Fig. 1A und 1B dargestellt, auf die nachfolgend Bezug genommen wird. Das Photospektrometer nützt die Tatsache, daß von Dünnschichtgrenzschichten reflektierte Lichtstrahlen miteinander interferieren. Das Spektrometer von Fig. 1A mißt die Reflexion von ausgewählten Punkten einer Probe 10 als Funktion der Lichtwellenlänge, die normalerweise im sichtbaren oder im nahen Uv-Spektralbereich liegt. Eine Computeranalyse der aufgenommenen spektralen Reflexionsfunktion, insbesondere ihrer Minima und Maxima, liefert die Dicke und in einigen Fällen auch den Brechungsindex der gemessenen Schicht.
Das Photospektrometer weist typischerweise einen Sender 12 mit einer Lichtquelle und geeigneter Optik, einen Strahlteiler 14, eine Objektivlinse 16, eine Röhrenlinse 18 und einen Empfänger 20 auf, der eine optische und eine elektronische Einrichtung zur Messung der Lichtintensität in Funktion der Eingangswellenlänge aufweist. Der Sender 12 erzeugt einen kollimierten Lichtstrahl 22, der durch den Strahlteiler 14 abgelenkt und durch die Objektivlinse 16 auf die Probe 10 fokussiert wird. Der reflektierte Strahl 24 wird von der Mikroskopbildoptik (Linsen 16 und 18) auf einer spektroskopischen Meßeinheit innerhalb des Empfängers 20 gesammelt.
Um mehrere Punkte der Probe 10 zu messen, wird die Probe 10 auf einem x-y-Tisch 26 angeordnet. Der x-y-Tisch 26 ist normalerweise sehr genau und schwer und bewegt sich deshalb sehr langsam.
Photospektrometer haben Schwierigkeiten, Strukturen mit sehr geringer Reflexion sowie dünne Schichten auf Glassubstraten zu messen, da die relativ geringe Helligkeit der normalerweise weißen Lichtquelle ein ungenügendes Signal- zu-Rausch-Verhältnis (SNR) liefert. Photospektrometer haben ebenso Schwierigkeiten, dünne Schichten mit unbekannter oder unregelmäßiger Dispersion der optischen Konstanten, wie beispielsweise amorphes Silizium, zu messen.
Trotz dieser Einschränkungen ist das spektrale photometrische Verfahren gegenwärtig in der Industrie ein weit verbreitetes Verfahren, da die Instrumente für dieses Verfahren leicht mit optischen Mikroskopen kombiniert werden können und gewöhnliche Mikroskop-Optiken verwendet werden können.
Ellipsometer messen Änderungen in der Polarisation des Lichts aufgrund der Reflexion von der Testoberfläche. Diese Änderungen, die Phasen- und Amplitudenänderungen bedeuten, sind sehr empfindlich gegenüber der Dicke und den optischen Eigenschaften von dünnen Schichten.
Ein Ellipsometer nach dem Stand der Technik ist in Fig. 1B abgebildet. Es weist eine Übertragungseinheit 30 mit einer Lichtquelle und geeigneter Optik auf, einen Polarisator 32, einen optionalen Kompensator (Phasenverzögerer) 34, einen Analysator 36 und einen Empfänger 38 mit einem Photodetektor und geeigneter Elektronik. Der Polarisator 32 polarisiert den durch die Lichtquelle 30 erzeugten Lichtstrahl 40. Der reflektierte Lichtstrahl 42 durchläuft den Analysator 36, bevor er den Empfänger 38 erreicht. Wird ein Kompensator 34 verwendet, kann er entweder zwischen dem Polarisator 32 und der Testprobe 10 oder zwischen der Probe 10 und dem Analysator 36 angeordnet sein.
Das Ellipsometrieverfahren benötigt eine schräge Beleuchtung, d. h. der Einfallswinkel Θ zwischen einem einfallenden Lichtstrahl 40 und einer Senkrechten 44 auf die Probe 10 muß größer als Null sein. Der Winkel zwischen einem re flektierten Lichtstrahl 42 und der Senkrechten 44 ist gleich dem Einfallswinkel Θ. Der Einfallswinkel Θ sollte in der Nähe des Brewster-Winkels ΘB des Substrates liegen. In der Praxis liegt der Einfallswinkel Θ zwischen 45 und 70º.
Da Ellipsometer zwei Polarisationsparameter messen (Amplitude und Phase), die beide unabhängig von der Lichtintensität sind, sind beide relativ genau und können ultradünne Schichten in der Größenordnung von 0-100 Å messen. Da jedoch Ellipsometer eine schräge Beleuchtung ebenso wie einen stark kollimierten Lichtstrahl benötigen, ergeben sich bei ihrer Anwendung bei Messungen mit hoher räumlicher Auflösung in dicht gepackten Strukturen Schwierigkeiten.
Es gibt zwei grundsätzliche Arten von vollautomatischen Ellipsometern. Null-Ellipsometer (NE) liefern die genauesten Dickenmessungen, benötigen aber pro Meßpunkt mindestens einige Sekunden. Rotierende Analysatorellipsometer (RAE) liefern Messungen mit sehr hoher Geschwindigkeiten (Bruchteile einer Sekunde pro Meßpunkt), aber ihre Sensitivität und Genauigkeit sind normalerweise geringer als die der Null- Ellipsometer.
Bei allen Instrumenten nach dem Stand der Technik ist die optisch-mechanische Anordnung kompliziert, groß und schwer, der x-y-Träger 26 wird zwischen den Meßpunkten verschoben und kommt gänzlich zum Stillstand, bevor die Messung beginnt. Die Zeit zwischen den Messungen hängt von der Masse des x-y-Tisches 26 und von der benötigten Positionsgenauigkeit ab, wodurch sie mindestens einige Sekunden dauern (manchmal bis zu mehreren zehn Sekunden). Dies begrenzt die Geschwindigkeit einer Dickenmessung, insbesondere während der Untersuchung von großen Substraten, wie von 8"-VLSI- Siliconwafer, 18" · 18"-LCD-Glasplatten etc. Die Aufstandsfläche oder der von jeder Maschine verwendete Platz auf dem Boden ist normalerweise durch seine Verschiebung wenigstens zweimal so groß wie der x-y-Träger 26 selbst.
Weiterhin werden die Messungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik verwendet, nachdem der Ablagerungsprozeß beendet wurde. Für die Kontrolle während eines Prozesses können sie nicht verwendet werden, da eine Waferhandhabung und andere mechanische Bewegungen in einer Vakuumkammer nicht möglich sind.
Ein weiteres bekanntes Meßinstrument wird im US-Patent 4 826 321 beschrieben. Dieses Patent beschreibt ein einem Ellipsometer ähnliches System. Jedoch wird bei diesem System ein Spiegel verwendet, um einen ebenen polarisierten Laserstrahl genau im Brewster-Winkel des Substrats auf die Dünnschichtoberfläche zu leiten, auf der die dünne Schicht aufliegt.

ZUSAMMENFASSUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen.
Es wird eine Vorrichtung zur Dickenmessung bereitgestellt, die eine Abtastung durchführt und somit mehrere schnelle Messungen auf der gesamten Oberfläche des untersuchten Objektes liefert. Die Vorrichtung weist einen Strahldeflektor auf, der unter Beibehaltung eines vorbestimmten Einfalls- und Ausfallswinkels einen Lichtstrahl auf eine und von einer Oberfläche weg leitet.
Insbesondere betrifft die Erfindung in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen bevorzugten Ausführungsform eine Dickenmeßvorrichtung von dünnen Schichten auf einer Probe, mit a) einer Beleuchtung, die einen kollimierten Eingangslichtstrahl auf einer Eingangsachse liefert, b) einem Empfänger, der den kollimierten Ausgangslichtstrahl auf einer Ausgangsachse parallel zur Eingangsachse empfängt, und c) einem Strahldeflektor, der wenigstens entlang einer Abtastachse parallel zur Eingangsachse beweglich ist, und der den Eingangslichtstrahl zur Probe ablenkt und den Ausgangslichtstrahl von der Probe zum Empfänger lenkt. Der Empfänger weist eine Linse und eine Membran mit einem Loch auf, das im Brennpunkt der Linse liegt.
In einer erfindungsgemäßen bevorzugten Ausführungsform kann der Strahldeflektor ein- oder zweidimensional sein. Im eindimensionalen Fall weist der Strahldeflektor a) ein erstes Strahlablenkungselement auf, das den Eingangslichtstrahl zur Probe ablenkt, b) ein zweites Strahlablenkungselement, das einen von der Probe reflektierten Lichtstrahl entlang der Ausgangsachse reflektiert und c) eine Objektivlinse, die den reflektierten Strahl kollimiert. Der kollimierte Strahl ist der Ausgangslichtstrahl.
Im zweidimensionalen Fall verschiebt sich der Strahldetektor entlang der Abtastachse und entlang einer zweiten Abtastachse senkrecht zu der dritten Achse. Der Strahldeflektor weist vorzugsweise vier Spiegel und eine Objektivlinse auf. Der erste Spiegel lenkt den Eingangslichtstrahl von der Eingangsachse auf die zweite Abtastachse ab. Der zweite Spiegel lenkt den Eingangslichtstrahl von der zweiten Abtastachse zur Probe. Der dritte Spiegel lenkt einen von der Probe reflektierten Lichtstrahl auf die zweite Abtastachse. Der vierte Spiegel lenkt den von der zweiten Abtastachse reflektierten Lichtstrahl auf die Ausgangsachse. Die Objektivlinse kollimiert den reflektierten Strahl.
In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Vorrichtung weiterhin ein Ellipsometer. Der Empfänger weist zusätzlich einen Analysator und einen Photodetektor auf, wobei die ersten und zweiten Strahlablenkungselemente Spiegel sind. Die Beleuchtung weist eine Lichtquelle und einen Polarisator auf. Die Beleuchtung oder der Empfänger können optional einen Kompensator aufweisen.
In einer anderen bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Vorrichtung ein Photospektrometer. In dieser Ausführungsform weist der Empfänger zusätzlich einen photospektrometrischen Detektor auf, das erste Strahlablenkungselement ist ein Strahlteiler und das zweite Strahlablenkungselement ist ein Spiegel. Zusätzlich weist das Strahlablenkungselement eine Linse auf, um den Eingangslichtstrahl nach der Ablenkung durch den Strahlteiler auf die Probe zu fokussieren.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann Teil einer Anlage zur Ablagerung von Schichten sein, beispielsweise einer Großanlage.
Gemäß einer erfindungsgemäßen bevorzugten Ausführungsform ist ebenso eine Meßvorrichtung zur Dickenmessung von dünnen Schichten und zur Erzeugung eines Bildes eines zu untersuchenden Bereiches vorgesehen. Die Vorrichtung weist a) eine Beleuchtungseinheit auf, die einen kollimierten Eingangslichtstrahl auf einer Eingangsachse liefert, b) einen Empfänger, der einen kollimierten Ausgangslichtstrahl auf einer Ausgangsachse parallel zur Eingangsachse empfängt und c) einen Strahldeflektor, der wenigstens entlang einer Abtastachse parallel zur Eingangsachse beweglich ist und der den Eingangslichtstrahl zur Probe lenkt und den Ausgangslichtstrahl von der Probe zum Empfänger lenkt. Der Eingangslichtstrahl besteht bevorzugt wenigstens aus kohärentem und inkohärentem Licht und trifft im gewünschten Einfallswinkel auf der Probe auf. Der Empfänger weist a) eine Abbildungslinse auf, b) ein Gitter, das im Brennpunkt der ersten Bildungslinse in einem Winkel zu einer Achse des Ausgangslichtstrahls angeordnet ist, der dem Einfallswinkel entspricht, wobei das Gitter ein Loch aufweist, das auf der Achse des Ausgangslichtstrahls angeordnet ist, c) wenigstens einen Photodetektor, der im allgemeinen kohärentes Licht detektiert, das er durch das Loch empfängt, d) eine zweite Abbildungslinse und e) eine Kamera, die inkohärentes Licht von dem zu untersuchenden Bereich empfängt, wie es vom Gitter abgelenkt und von der zweiten Abbildungslinse abgebildet wurde.
Zusätzlich weist die Vorrichtung in einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform eine Einrichtung auf, die den aktuellen Einfallswinkel mißt, der sich von dem gewünschten Einfallswinkel unterscheiden kann. Die Einrichtung zur Messung verwendet optische Elemente, die Teil der Beleuchtung und des Empfängers sind. Die Meßeinrichtung weist bevorzugt eine Positionserfassungsvorrichtung auf.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Einrichtung in eine Großanlage integriert, die eine Abdeckung mit darin integrierten Glasplatten bei einem Winkel senkrecht zu den Achsen der auf die Probe einfallenden und von der Probe reflektierten Strahlen aufweist. Die Glasplatten erstrecken sich parallel zur Abtastachse.
Schließlich weist die Einrichtung gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform einen Polarisator und op tional einen Kompensator auf, die normalerweise in der Nähe der Probe angeordnet sind.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1A und 1B schematisch ein Photospektrometer und ein Ellipsometer nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 eine Seitenansicht einer optischen Meßeinrichtung mit einer darin enthaltenen eindimensionalen Abtasteinrichtung, die in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen bevorzugten Ausführungsform aufgebaut ist und arbeitet,
Fig. 3 schematisch eine Aufsicht einer optischen Meßvorrichtung mit einer zweidimensionalen Abtastvorrichtung, die gemäß einer zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform aufgebaut ist und arbeitet,
Fig. 4 schematisch eine ellipsometrische Dickenüberprüfungseinrichtung während der Verarbeitung, die die in Fig. 2 gezeigten Prinzipien verwendet,
Fig. 5A schematisch eine Seitenansicht eines Strahldeflektors mit einer Vakuumkammer, wobei der Strahldeflektor Teil der Überprüfungseinrichtung von Fig. 4 ist,
Fig. 5B schematisch eine Beleuchtungseinheit und einen Teil des Strahldeflektors von Fig. 5A, die beide einen Teil der Einrichtung von Fig. 4 bilden,
Fig. 5C schematisch die Detektionseinheit und einen Teil des Strahldeflektors von Fig. 5A, die beide einen Teil der Einrichtung von Fig. 4 bilden, und
Fig. 6 schematisch einen Photospektrometer mit einer eindimensionalen Abtastvorrichtung, der gemäß der Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und arbeitet.
In den Fig. 2 und 3 ist schematisch eine Meßvorrichtung gezeigt, die jeweils eindimensionale oder zweidimensionale Abtastvorrichtungen aufweisen, die gemäß bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen aufgebaut sind und arbeiten. Fig. 2 ist eine Seitenansicht und Fig. 3 eine Aufsicht.
In den Fig. 2 und 3 ist die optische Meßvorrichtung ein Ellipsometer. Dies ist jedoch nur beispielhaft, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung können ebenso mit einem Photospektrometer verwirklicht werden, der in Fig. 6 dargestellt ist und später genauer beschrieben wird.
Das Ellipsometer von Fig. 2 weist normalerweise eine stationäre Beleuchtung 50, einen stationären Detektor 52, einen verschiebbaren Strahldeflektor 54 und eine stationäre Halterung 56, sowie ein Gerüst, einen Ring usw. auf, um die Probe 57 zu halten.
Die Beleuchtung 50 weist üblicherweise ähnliche Elemente auf, wie es im Stand der Technik beschrieben wurde. Somit haben gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen.
Die Beleuchtung 50 weist üblicherweise einen Transmitter 30 mit einer Laserlichtquelle, einem Polarisator 32 und einem optischen Kompensator (Phasenverzögerer) 34 auf. Beim Stand der Technik erzeugt die Laserlichtquelle mit ihrer daran angeschlossenen Optik (nicht gezeigt) einen hochkollimierten Laserlichtstrahl.
Der Strahldeflektor 54 weist typischerweise zwei Spiegel 72 und 74 und eine erste Objektivlinse 75 auf. Der Spiegel 72 liefert den gewünschten Einfallswinkel Θ für den Eingangslichtstrahl 58, indem er den Strahl 58 durch einen Winkel β = 90º + Θ ablenkt. Der Spiegel 74 lenkt einen von der Probe 57 reflektierten Lichtstrahl 64 zu einem Strahl 65 entlang einer Richtung parallel zur x-Abtastachse ab. Die erste Objektivlinse 75, deren Brennweite die Ebene der Probe 57 ist, kollimiert normalerweise Strahl 65 und erzeugt somit einen kollimierten, reflektierten Strahl 60.
Für eine Abtastung wird nur der Strahldeflektor 54 entlang der x-Achse verschoben. Die Bewegung des Strahldeflektors 54 beeinflußt normalerweise nicht die Meßqualität des Ellipsometers, da die Eingangs- und Ausgangslichtstrahlen 58 und 60 stark kollimiert sind und parallel zur Abtastachse liegen.
Da der Strahldeflektor 54 nur die Spiegel 72 und 74 und die Objektivlinse 75 aufweist, hat er ein sehr geringes Gewicht, so daß seine Verschiebung schnell möglich ist und in der Größenordnung der Meßzeit liegt. Der Träger 56 ist stationär, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung eine minimale Aufstandsfläche in der Größenordnung der Probe 57 hat.
Die durch die Spiegel 72 und 74 hervorgerufene Richtungsänderung ändert den Polarisationszustand des Lichtes. Diese ungewollten Änderungen müssen von den gewollten Polarisationsänderungen getrennt werden, die durch die Probe 57 verursacht werden. Wenn die optischen Parameter der Spiegel stabil sind, variieren die ungewollten Änderungen nicht, so daß sie gemessen und berücksichtigt werden können, wenn die Messungen der Probe 57 ausgewertet werden.
Die Reflexionen der Spiegel 72 und 74 mögen nicht völlig regelmäßig sein. Üblicherweise wird ebenso entpolarisiertes Streulicht erzeugt. Während der prozentuale Anteil des Streulichtes gegenüber dem regelmäßigen Licht sehr gering ist (1 : 1000 oder weniger in Abhängigkeit der Qualität der Spiegeloberfläche) kann das Streulicht das Signal-zu- Rausch-Verhältnis (SNR) des Systems und somit die Meßgenauigkeit begrenzen.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform weist der Detektor 52 typischerweise zusätzlich zu dem Standardanalysator 36 und Empfänger 38 Einrichtungen zur Verminderung von Streulicht auf. Die Einrichtungen zur Verminderung des Streulichts sind typischerweise eine zweite Objektivlinse 76 und eine Membran 77, die in der Brennebene der Objektivlinse 76 liegt und ein Loch 78 aufweist, und ein Kondensor 79.
Der Analysator 36 ist normalerweise im kollimierten Lichtstrahl 60 zwischen den Objektivlinsen 75 und 76 angeordnet. Da das Loch 78 in der Mitte der Bildebene angeordnet ist, die die Brennebene der Linse 76 ist, fungiert sie als Öffnungstrennung, die nur dem kollimierten Anteil des Lichtstrahls 60 den Durchgang ermöglicht. Somit vermindert das Loch das weit gestreute entpolarisierte Licht, das durch die Spiegel erzeugt wird. Der Kondensor 79 sammelt das Licht von Loch 78 und liefert es an den Empfänger 38.
Für eine Öffnung 76 von 50 um Durchmesser und einer Linsenbrennweite von 30 mm beträgt die Winkelöffnung des Detektors 52 weniger als 1 mrad. Für optische Konfigurationen mit sechs oder weniger Spiegeln zwischen dem Polarisator 32 und dem Analysator 36 beträgt die resultierende Intensität des gestreuten Lichtes, das den Detektor erreicht, weniger als 10&supmin;³% des polarisierten Lichtes, was das Minimum darstellt, das für genaue ellipsometrische Messungen benötigt wird.
Der Empfänger 38 weist normalerweise einen Photodetektor und eine geeignete Elektronik auf. Obwohl nicht dargestellt, kann der Detektor 52 den Kompensator 34 aufweisen, der vor dem Analysator 36 gelegen ist.
Das Ellipsometer von Fig. 3 ermöglicht eine zweidimensionale Abtastung mit einer zweidimensionalen Abtasteinheit 80. Die üblichen Elemente entsprechen denen von Fig. 2 und haben somit die gleichen Bezugszeichen.
Die Abtasteinheit 80 weist typischerweise eine Strahldeflektor 82 (siehe Fig. 2) auf, der ähnlich dem Strahldeflektor 54 ist, der entlang x-Achsenschienen 84 gleitet. Die x-Achsenschienen 84 sind miteinander und mit Schlitten 90 verbunden und bilden eine x-Achseneinheit 86, die sich wiederum entlang von y-Achsenschienen 88 mit Wagen 90 verschiebt.
Die Abtasteinheit 80 weist normalerweise ebenso die Spiegel 92 und 94 auf (siehe Fig. 3), die Strahlen zwischen den x- und y-Achsen ablenken. Der Spiegel 92 lenkt den Eingangsstrahl 58 von der y-Achse auf die x-Achse und erzeugt Strahl 96, der parallel zur x-Achse liegt. Der Spiegel 94 empfängt Strahl 98 vom Strahldeflektor 82 entlang der y- Achse und lenkt ihn in Richtung der y-Achse und erzeugt somit den reflektierten Strahl 60.
Die Elemente 76-79 zur Verminderung des Streulichts sind für mehrere Spiegel wirksam, solange keiner der Spiegel sehr nahe entweder an den Objekt- oder Bildebenen liegt.
Nachfolgend wird nun Bezug auf die Fig. 4, 5A, 5B und 5C genommen, die eine Dickenüberprüfungseinrichtung während der Verarbeitung zeigen. Fig. 4 ist ein teilweise schemati sches Blockdiagramm, und die Fig. 5a bis 5C sind schematische Darstellungen der Elemente der Einrichtung von Fig. 4.
Die Einrichtung von Fig. 4 mißt die Dicke von dünnen Schichten innerhalb einer Ablagerungseinrichtung wie einer Großanlage. Eine Großanlage ist ein großes Vakuumsystem mit mehreren Kammern, die jeweils einen speziellen Ablagerungsprozeß auf einem einzigen Siliconwafer durchführt ("single wafer processing"). Ein interner Roboter verschiebt jeden Wafer von Kammer zu Kammer, ohne das Vakuum zu unterbrechen, so daß mehrere Ablagerungsprozesse durchgeführt werden können, bevor der Wafer aus der Großanlage herausgenommen wird.
Die vorliegende Erfindung ist normalerweise auf einer gekühlten Vakuumkammer installiert, in die jeder Wafer nach jedem Ablagerungsprozeß für ein bis zwei Minuten gebracht wird. Somit kann nach jeder Ablagerung die Dicke der Schicht gemessen werden.
Erfindungsgemäß weist die Überwachungseinrichtung während der Verarbeitung eine kohärente und eine inkohärente Abbildungseinheit und eine Abbildungseinheit für die Messung des Einfallswinkels auf, wobei dies Anteile mit gleichem optischen Weg sind. Die kohärente Abbildungseinheit wird für ellipsometrische Messungen verwendet und ist somit ähnlich zu der Einheit, die vorher im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben wurde. Die inkohärente Abbildungseinheit wird normalerweise zur Mustererkennung verwendet.
Die Überwachungseinrichtung weist eine Beleuchtungseinheit 100, eine Detektoreinheit 102, einen Strahldeflektor 104 und einen Träger 105, ähnlich zum Träger 56, auf.
Da ein Vakuum beibehalten werden muß, müssen alle Elemente der Kontrolleinheit außer der Träger 105 mit der Probe 57 außerhalb der Vakuumkammer 108 angeordnet sein. Dies ist in den Fig. 4 und 5A gezeigt.
Erfindungsgemäß befinden sich in einem Gehäuse 110 der Vakuumkammer 108 entlang der x-Achse zwei feststehende Glasplatten 112, durch die der Lichtstrahl die Probe 57 von außerhalb der Kammer erreichen kann. Um ihren Einfluß zu minimieren, liegen die Oberflächenebenen der Platten 112 bei optischen Messungen senkrecht auf den optischen Strahlengängen 59 und 64.
Die Glasplatten 112 sind mechanisch stark genug ausgebildet, um der Druckdifferenz zwischen dem Vakuum innerhalb der Kammer 108 und dem Atmosphärendruck außerhalb der Kammer zu widerstehen. Die Platten 112 bestehen aus spannungsfreiem Glas mit einer Dicke von ungefähr 5 mm, und ihr Verhältnis Breite zu Länge ist ungefähr 1 : 50. Die resultierende induzierte Doppelbrechung ist vernachläßigbar, so daß die Platten im allgemeinen die optischen Messungen nicht beeinflussen.
Der Strahldeflektor 104 (siehe Fig. 5A) weist normalerweise eine Fokussierungslinse 150 und eine Objektivlinse 152, zwei Spiegel 154 und 156 und eine Vorrichtung 153 zur Verschiebung entlang der x-Achse (siehe Fig. 4), beispielsweise einen Linearmotor, auf.
Bei ellipsometrischen Messungen fokussiert die Fokussierungslinse 150 den polarisierten und kollimierten Lichtstrahl 158 auf die Oberfläche der Probe 57, und die Objektivlinse 152 kollimiert den divergenten Strahl 64 auf den reflektierten Strahl 159. Ein wichtiger Faktor hierbei ist, daß die Linsen 150 und 152 einfache dünne Linsen aus span nungsfreiem Glas sind, um ihre Doppelbrechung auf Null zu reduzieren. Sie können ebenso zwischen den Spiegeln 154 und 156 und der Probe 57 liegen.
Die zwei Spiegel 154 und 156 ähneln den Spiegeln 72 und 74 von Fig. 2 und leiten den Lichtstrahl im gewünschten Einfallswinkel Θ in der y-z-Ebene von und zur Probe 57 und lenken den Lichtstrahl zwischen der x- und y-Achse ab, wie es in Fig. 4 gezeigt ist.
Somit fällt der Lichtstrahl 59 immer im gewünschten Einfallswinkel Θ auf die Probe 57, auch wenn der Strahldeflektor 104 entlang der x-Achse verschoben wird.
Die Beleuchtungseinheit 100 ist genauer in Fig. 5B dargestellt und weist normalerweise eine Lichtquelle 120, eine Lambda-Viertelplatte (QWP) 122, einen Polarisator 124 und einen Kompensator 126 auf.
Die Lichtquelle 120 weist normalerweise zwei kohärente Lichtquellen 130 und 132 für ellipsometrische Messungen und eine inkohärente Lichtquelle 134 und einen Kondensor 136 für inkohärente Abbildungen auf. Der Kondensor 136 kollimiert die Ausgabe der Lichtquelle 134.
Die Lichtquelle 100 weist ebenso zwei Strahlteiler 138 auf, die das Licht von den drei einzelnen Lichtquellen 130, 132 und 134 auf einem einzigen Weg 139 kombinieren. Die Strahlteiler 138 sind normalerweise dichroitisch oder polarisierend. Sind sie polarisierend, werden die Polarisationsebenen der beiden Laser 130 und 132 senkrecht zueinander gewählt.
Die beiden kohärenten Lichtquellen 130 und 132 sind Laserdioden, die hochmonochromatisches und kollimiertes Licht für ellipsometrische Messungen erzeugen. Der Laser 130 hat eine Wellenlänge λ&sub1; im sichtbaren Spektralbereich, vorzugsweise im Bereich zwischen 630 und 680 nm, und Laser 132 hat eine Wellenlänge λ&sub2; im nahen Infrarotspektralbereich (IR), vorzugsweise im Bereich zwischen 810 und 830 nm. Das sichtbare Licht wird vorzugsweise zur Messung von dünnen Schichten wie Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder anderen dielektrischen Schichten verwendet. Das Infrarotlicht wird vorzugsweise für Siliziumschichten verwendet (Polysilizium, amorphes Silizium und ähnliches). Bei Infrarotlicht sind die Siliziumschichten nahezu durchsichtig und ihre optischen Parameter wiederholen sich zwischen verschiedenen Prozessen.
Die inkohärente Lichtquelle 134, die bei der Mustererkennung verwendet wird, kann jede passende Lichtquelle sowie ein LED mit großer Helligkeit, eine Quarz-Wolframlampe, eine Xenon-Bogenlampe, usw., sein. Der jeweilige Wellenlängenbereich sollte vorzugsweise sehr schmal sein, beispielsweise 780 ± 20 nm.
Während der Abbildungsaufnahme arbeitet die inkohärente Lichtquelle 134 und zusammen mit der Fokussierungslinse 150 bilden sie und der Kondensor 136 eine inkohärente Beleuchtungsquelle, deren Lichtstrahl eine inkohärente Lichtfläche auf der Oberfläche der Probe 57 bildet. Die Größe und die Divergenz des inkohärenten Lichtstrahls muß groß genug sein, um das gewünschte Gesichtsfeld, beispielsweise 1 mm im kleinsten Fall, bei jeder Position des Strahldeflektors 104 entlang der x-Achse zu beleuchten.
Die für ellipsometrische Messungen nützliche Lambda-Viertelplatte 122 schließt mit der optischen Achse einen Winkel von ungefähr ± 45º relativ zu den Polarisationsebenen der Laser 130 und 132 ein und transformiert die lineare Polari sation in eine zirkulare Polarisation. Die Platte 122 sollte im verwendeten Spektralbereich zwischen 630 und 830 nm achromatisch sein. Passende achromatische Platten werden beispielsweise von Meadowlarc Optics Company, USA, hergestellt.
Der Polarisator 124 und der Kompensator 126 haben jeweils angeschlossene Motorantriebe 140 und 142. Obwohl nicht gezeigt, arbeiten die Motorantriebe 140 und 142 normalerweise mit genauen Winkelkodierern. Da die meisten Algorithmen von ellipsometrischen Messungen die Rotation des Kompensators nicht benötigen, kann auch ein manueller Antriebsmechanismus (nur für die Ausrichtung) als Alternative anstatt des Motorantriebs 142 verwendet werden.
Für die erfindungsgemäße Zweiwellenlängenkonfiguration ist der Polarisator 124 achromatisch. Ein passender Polarisator ist ein Glan-Thomson-Polarisationsprisma. Für eine Einzelwellenlängenkonfiguration im roten Spektralbereich ist ein Plattenpolarisator HN38S von Polaroid Corporation, USA, geeignet. Für alle Polarisatoren wird ein Löschverhältnis von mehr als 10&sup5; benötigt, um die benötigte Genauigkeit zur Dickenmessung bei der Steuerung von mikroelektronischen Ablagerungsprozessen zu erreichen.
Die Detektionseinheit 102 (von Fig. 5C) weist typischerweise ein zweidimensionales Bildaufnahmesystem auf (als Teil der inkohärenten Bildgebungseinheit), eine ellipsometrische Detektoreinheit (Teil der kohärenten Bildgebungseinheit) und eine Einheit zur Messung des Einfallswinkels.
Die ellipsometrische Detektoreinheit der Detektoreinheit 102 besteht aus ähnlichen Elementen wie das Ellipsometer von Fig. 2, ist aber erweitert, um mit den zwei Wellenlängen λ&sub1; und λ&sub2; zu arbeiten. Die Ellipsometerdetektoreinheit arbeitet mit der Objektivlinse 152 und weist normalerweise einen Analysator 160 mit angeschlossenem Motor 162, eine Bildgebungslinse 164, eine Membran 165 mit einem Loch 166, einen Kondensor 168, zwei unabhängige Photodetektoren 170 und 172, zwei spektrale Bandpaßfilter 174 und 176 und einen Strahlteiler 178 auf. Der Analysator 160 hat Ähnlichkeit mit dem Polarisator 124 und ist somit achromatisch für die Zweiwellenlängenkonfiguration.
Da, wie in der Ausführungsform von Fig. 2 das Loch 166 in der Bildebene des optischen Abbildungssystems (Linsen 152 und 164) gelegen ist, was der Brennebene der Linse 164 entspricht, gelangt nur der Anteil des von der Oberfläche der Probe 57 reflektierten Lichtes durch das Loch 166, der der Größe des Loches 166 entspricht. Kondensor 168 sammelt das Licht und fokussiert es auf die Photodetektoren 170 und 172.
Der Strahlteiler 178 spaltet den einkommenden Strahl in zwei Strahlengänge mit den jeweiligen Wellenlängen λ&sub1; und λ&sub2; auf.
Die Photodetektoren 170 und 172 detektieren über die Filter 174 und 176 jeweils die Lichtintensität der beiden Wellenlängen λ&sub1; und λ&sub2;. Für die meisten Anwendungen sind die Photodetektoren siliziumphotovoltaische Detektoren, so wie der S5591, der von Hamamatsu Photonics, U. U. in Hamamatsu City, Japan, produziert wird. Wenn es notwendig ist, können auch empfindlichere und damit teuerere Photomultiplier verwendet werden.
Es bleibt festzuhalten, daß erfindungsgemäß gleichzeitig zwei Wellenlängen gemessen werden können, wodurch die Messung von zwei ellipsometrischen Parametern wie die Amplitude ψ und die Phase δ möglich ist. Somit können vier Parame ter der Dünnschichtstruktur, beispielsweise die Dicke und der Brechungsindex von zwei Schichten gleichzeitig bestimmt werden. Solch eine Messung ist sinnvoll, wenn zwei unterschiedliche Schichten auf einer Probe 57 in einem Ablagerungszyklus abgelagert werden.
Da die Linsen 152 und 164 normalerweise bei den beiden Wellenlängen λ&sub1; und λ&sub2; frei von Aberrationen sind, hängt die Ortsauflösung der erfindungsgemäßen Kontrolleinrichtung nur von der Größe des Loches 166 und von der Punktbildfunktion (point spread function) des kohärenten Bildgebungssystems ab. Die Punktbildfunktion ist durch den F-Stop des kohärenten Bildgebungssystems definiert und ist normalerweise recht klein. In der Praxis werden die Dickenmessungen auf Linienbereichen oder speziellen Testgebieten durchgeführt, die nicht kleiner als 50 um breit sind, so daß eine Lochgröße von 20-40 um und ein F-Wert von 5-6 akzeptabel ist.
Ein kreisförmiges Loch erzeugt einen elliptischen Meßbereich mit einem Seitenverhältnis von 1/cosΘ. Kann dies nicht akzeptiert werden, muß die Form des Loches 166 asymmetrisch sein, um dies zu kompensieren.
Das zweidimensionale Bildaufnahmesystem wird normalerweise mit einer inkohärenten Bildbeleuchtung betrieben und verwendet die Objektivlinse 152, die auf dem Strahldeflektor 104 angeordnet ist. Das Bildaufnahmesystem weist typischerweise die Bildgebungslinse 164, die Membran 165 mit dem Loch 166 auf, eine Vergrößerungslinse 180, einen Spiegel 182, ein optionalen Bandpaßfilter 184 und eine hochauflösende Flächen-(CCD) 186. Für das Bildaufnahmesystem besteht die Membran 165 aus einem Gitter 167 mit einem Loch 166 darin. Das Gitter 167 beeinflußt die ellipsometrischen Messungen nicht.
Die Oberfläche der Probe 57 und des Gitters 167 liegen jeweils in den Brennebenen der Linsen 152 und 164. Die Linsen 152 und 164 haben normalerweise die gleiche Brennweite, so daß sie eine optische Vergrößerung M von 1 erzeugen.
Wie es im Stand der Technik bekannt ist, ist die Bildebene ebenso relativ zur optischen Achse (der Achse eines Strahls 188) des Analysators 160 gekippt, wenn die Objektivebene relativ zur Bildachse gekippt ist (die Achse des reflektierten Strahls 64). Jedoch ist die Stärke der Kippung der Bildebene eine Funktion der Vergrößerung, wie es durch die Scheimpflug-Gleichung beschrieben wird:
tgΘ' = M · tgΘ (1),
wobei Θ der Einfallswinkel und Θ' der Kippwinkel der Bildebene ist.
In der Überwachungseinrichtung von Fig. 5 ist das um den Winkel Θ relativ zur Achse 188 gekippte Gitter die Abbildungsebene für das Abbildungssystem der Linsen 152 und 164 und bildet die Gegenstandsebene (oder Zwischenbildebene) für das Abbildungssystem der Linse 180.
Da die Vergrößerung M der Überwachungseinrichtung 1 ist, sind die Gegenstandsebene (Probenoberfläche) und die Bildebene um den gleichen Winkel Θ relativ zu ihren optischen Achsen gekippt. Ist die Bildebene unglücklicherweise so gekippt, kann nur ein Teil davon auf die CCD 186 fokussiert werden.
Um dafür zu sorgen, daß die Bildebene senkrecht zur optischen Achse ist, wodurch sichergestellt ist, daß die gesamte Bildebene auf die CCD 186 fokussiert wird, wird das Git ter 167 entlang der Zwischenbildebene angeordnet. Das Gitter 167 wird so gewählt, daß nur das erste Brechungsmaximum für die Bildgebung für die CCD 186 verwendet wird. Ist beispielsweise λ&sub3; = 780 nm, Θ = 70º und die Gitterfrequenz gleich 1200 Striche/mm, liegt die Bildebene eines gestreuten Strahles 190 nahezu senkrecht zur optischen Achse. Damit kann die Bildebene durch die Vergrößerungslinse 180 ohne das oben beschriebene Scheimpflug-Problem vergrößert werden.
Die Vergrößerungslinse 180 wird in Richtung des ersten Streuungsmaximums für die Wellenlänge λ&sub3; der inkohärenten Beleuchtung angeordnet. Die Linse 180 liefert eine Vergrößerung von wenigstens fünf, was groß genug für die Erkennung der Testgebiete auf dem Wafer ist.
Der Spiegel 182 leitet den gestreuten Strahl 190 zur CCD 186, die in der Bildebene der Vergrößerungslinse 180 angeordnet ist. Die hochauflösende CCD 186, beispielsweise das Produkt TM-6CN CCD von Pulnix America Inc. of Sunnyvale, California, USA, überträgt das Bild in ein Videosignal.
Werden die Laser 130 und 132 gleichzeitig wie die inkohärente Lichtquelle 134 betrieben, ermöglicht der optionale Bandpaßfilter 184, daß das Licht nur von der inkohärenten Beleuchtung zur Bildgebung verwendet wird.
Ist das inkohärente Licht nicht monochromatisch, erzeugt die Brechung vom Gitter 167 eine spektrale Dispersion. In diesem Fall muß die numerische Apertur der Linse 180 groß genug sein, um den größten Teil, wenn auch nicht alles, des Streuungsstrahls innerhalb des gesamten Spektralbereiches zu sammeln. Um eine hohe Bildqualität zu erreichen, sollte die Linse 180 für chromatische Aberrationen im spektralen Bereich des inkohärenten Lichtes korrigiert werden.
Die Qualität des erhaltenen Bildes hängt stark von den F-Stops (F-Werten) der Gegenstands- und Abbildungslinsen 152 und 164 ab und von den Aberrationen, die sie erzeugen. Für eine Brennweite der Linsen 152 und 164 von ungefähr 30 mm und einem Strahldurchmesser von ungefähr 5 mm ist die Zahl F ungefähr 6, ein Wert, der für eine Photographie von hoher Qualität oder für andere Anwendungen verwendet wird.
Die Linse 180 ist eine Mikroskopieobjektivlinse hoher Qualität und beeinflußt somit die endgültige Bildqualität nicht sehr stark. Das Gitter 167 beeinflußt die Bildqualität ebenso nicht wesentlich, da seine Ortsfrequenz in der Bildebene (1200/5x = 240 Striche/mm) erheblich höher als die Nyquist-Frequenz der CCD-Kamera liegt (ungefähr 50 Striche/mm). Somit liefert das obige zweidimensionale Aufnahmesystem die hohe räumliche Auflösung, die für genaue Musterkennung nötig ist.
Im Fall des zweidimensionalen Bildaufnahmesystems dient das Loch 166 zur Lokalisierung des Meßbereiches im Bild der Probe 57. Da das Loch 166 in der Zwischenbildebene (des Gitters 167) liegt und da es Licht passieren läßt, anstatt daß es zur CCD 186 reflektiert wird, erscheint das Loch 166 als scharf abgegrenzter dunkler Punkt in dem durch die CCD 186 erzeugten Bild. Sieht man dann das CCD-Bild, ist der Ort des Meßbereiches sofort bekannt, da es der Ort des dunklen Bereiches ist.
Das Loch 166 füllt somit drei Funktionen aus: 1) vermindert es das von den Spiegeln 154 und 156 gestreute Licht; 2) liefert es eine hohe räumliche Auflösung; und 3) liefert es eine Anzeige für den Ort des Meßbereichs im Bild des gemessenen Gebietes.
Die Meßeinheit des Einfallswinkels liefert den aktuellen Einfallswinkel Θ für den Fall, daß die Oberfläche der Probe 57 nicht absolut flach ist.
Die Einheit zur Messung des Einfallswinkels weist üblicherweise die Gegenstandslinse 152, einen Strahlteiler 194, einen spektralen Filter 196 und einen positionssensitiven Detektor (PSD) 198 auf, sowie den Detektor S2044 von Hamamatsu Photonics U. U. Der Strahlteiler 194 liefert über den spektralen Filter 196 einen Teil des reflektierten Strahls 159 an den Detektor 198.
Da der Meßpunkt auf der Probe 57 in der Brennebene der Gegenstandslinse 152 liegt, und da der Detektor 198 im Fernfeld dieser Linse liegt, verändert jede Änderung des Reflexionswinkels (der gleich dem Einfallswinkel auf der nicht glatten Oberfläche der Probe 57 ist) den Lichtbereich auf dem Detektor 198 und kann genau gemessen werden. Ist der Lichtbereich auf dem Detektor 198 zentriert, ist der Einfallswinkel der erwartete Einfallswinkel Θ von normalerweise 70º. Liegt der Bereich oberhalb oder unterhalb der Mitte, ist der aktuelle Einfallswinkel jeweils größer oder kleiner als Θ. Der Zusammenhang, der das Ausmaß der Asymmetrie mit der Änderung des aktuellen Einfallswinkels bestimmt, wird kalibriert, bevor die Kontrolleinrichtung betrieben wird. Die ellipsometrischen Messungen werden dann durch eine (nicht gezeigte) Datenverarbeitungseinheit in Abhängigkeit des aktuellen Einfallswinkels ausgewertet.
Die meisten Träger weisen typischerweise (nicht gezeigte) Einrichtungen auf, die die obere Oberfläche der Probe 57 in einer festen Position halten, beispielsweise durch ein Va kuum oder mit Elektrostatik, einem Autofokusmechanismus. Sind diese Systeme einmal aktiviert, liegt der einzige Grund für eine Verschiebung des Strahles im Detektor 198, der Abweichung des Einfallswinkels.
Nachfolgend wird Bezug genommen auf Fig. 6, die einen erfindungsgemäßen Photospektrometer zeigt. Der Photospektrometer weist eine Lichtquelle 200, einen Strahldeflektor 202, einen träger 204, der eine Probe 208 hält, und eine Detektoreinheit 206 auf.
Der Strahldeflektor 202 weist üblicherweise eine Gegenstandslinse 210, einen Strahlteiler 212 und einen Spiegel 214 auf. Von der Lichtquelle 200 empfängt der Strahlteiler einen Lichtstrahl 209 parallel zur Oberfläche der Probe 208 und lenkt ihn über Linse 210 zur Probe 208. Die Probe 208 liegt in der Brennebene der Linse 210. Der reflektierte Lichtstrahl (ohne Bezugszeichen) wird durch Linse 210 kollimiert und läuft durch den Strahlteiler 212 und wird durch den Spiegel 214 in Richtung einer Achse parallel zur Oberfläche der Probe 208 abgelenkt.
Da die Lichtstrahlen 209 und 211 parallel zueinander und zur Oberfläche der Probe 208 sind, beeinflußt die Bewegung des Strahldeflektors 202 in x-Richtung die Messung der Detektoreinheit 206 nicht.
Wie in den Ausführungsformen von Fig. 2 und 3 weist die Detektoreinheit 206 typischerweise eine Abbildungslinse 218, eine Membran 220 mit einem Loch 222 und einen Kondensor 224 auf. Die Detektoreinheit 206 weist darüber hinaus einen spektrophotometrischen Detektor 226 auf. Die Elemente 218- 224 vermindern die Streuung der Spiegel 214 und liefern einen für den spektrophotometrischen Detektor 226 verwendbaren Strahl.
Fachleute können erkennen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die Gebiete begrenzt ist, die vorher gezeigt oder beschrieben wurden. Vielmehr ist der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung durch nachfolgende Ansprüche definiert:

Claims

1. Dickenmessungsvorrichtung zur Dickenmessung von dünnen Schichten auf einer Probe mit:

einer stationären Beleuchtung (50), die einen kollimierten Eingangslichtstrahl (58) auf einer Eingangsachse liefert;

einem Strahldeflektor (54), der den Eingangslichtstrahl zur Probe lenkt und der einen Ausgangslichtstrahl (64) von der Probe lenkt und kollimiert;

einem stationären Empfänger (52), der den kollimierten Ausgangslichtstrahl auf einer Ausgangsachse parallel zur Eingangsachse empfängt,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Strahldeflektor eine Kollimatorlinse (75) aufweist, die wenigstens den Ausgangslichtstrahl empfängt und eine Einrichtung (84, 86, 88, 90) zur Verschiebung in zwei Dimensionen aufweist, die den Strahldeflektor auf einer ersten Abtastachse parallel zur Eingangsachse und auf einer zweiten Abtastachse senkrecht zur ersten Abtastachse verschiebt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahldeflektor (54) zusätzlich ein erstes Strahlablenkungselement (72) aufweist, das den Eingangslichtstrahl (58) mit einem Einfallswinkel zur Probe (57) ablenkt, und ein zweites Strahlablenkungselement (74), das sich von dem ersten Strahlablenkungselement (72) unterscheidet und das einen Lichtstrahl (64) ablenkt, der in einem Winkel von der Probe (57) längs der Ausgangsachse reflektiert wird, wobei eine Objek tivlinse (75) den Ausgangslichtstrahl (65) vom zweiten Strahlablenkungselement (74) empfängt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahldeflektor (54) zusätzlich einen ersten Spiegel (92) aufweist, der den Eingangslichtstrahl (58) von der Eingangsachse zur zweiten Abtastachse (x) ablenkt, einen zweiten Spiegel (72), der den Eingangslichtstrahl (96) von der zweiten Abtastachse zur Probe (57) ablenkt, einen dritten Spiegel (74), der einen von der Probe (57) reflektierten Lichtstrahl (64) auf die zweite Abtastachse (x) ablenkt und einen vierten Spiegel (94), der den reflektierten Lichtstrahl (98) von der zweiten Abtastachse (x) auf die Ausgangsachse (y) ablenkt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Strahlablenkungselement (72, 74) Spiegel sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Strahlablenkungselement ein Strahlteiler und das zweite Strahlablenkungselement (74) ein Spiegel ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (52) zusätzlich ein Spektrophotometer (226) aufweist, wobei die Kollimatorlinse (75) den Eingangslichtstrahl (58) zusätzlich auf die Probe (57) fokussiert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Ellipsometer ist, wobei die Beleuchtung (50) eine Lichtquelle, einen Polarisator und einen Kompensator aufweist, wobei der Empfänger (52) einen Analysator aufweist und wobei der Polarisator und der Analysator drehbar sind.

8. Dickenmessungsvorrichtung zur Dickenmessung von dünnen Schichten auf einer Probe und zur Erzeugung eines Bildes eines zu untersuchenden Bereiches, mit: einer Beleuchtungseinheit (50), die einen kollimierten Eingangslichtstrahl (58) auf einer Eingangsachse liefert, wobei der Lichtstrahl wenigstens aus kohärentem und inkohärentem Licht besteht; einem Empfänger (52), der einen kollimierten Ausgangslichtstrahl (60) auf einer Ausgangsachse parallel zur Eingangsachse empfängt; und einem Strahldeflektor (54), der den Eingangslichtstrahl (58) zur Probe (57) lenkt und den Ausgangslichtstrahl (64) von der Probe (57) zum Empfänger (52) lenkt, dadurch gekennzeichnet,

daß der Strahldeflektor (54) wenigstens entlang einer Abtastachse parallel zur Eingangsachse beweglich ist und der Eingangslichtstrahl (58) mit einem gewünschten Einfallswinkel auf der Probe (57) auftrifft und dadurch, daß der Empfänger (52) aufweist: eine erste Abbildungslinse (76); ein Gitter (167), das im Brennpunkt der ersten Abbildungslinse in einem Winkel zu einer Achse des Ausgangslichtstrahls angeordnet ist, der dem Einfallswinkel entspricht, wobei das Gitter ein Loch (166) aufweist, das auf der Achse des Ausgangslichtstrahls angeordnet ist; wenigstens einen Photodetektor (172), der im allgemeinen kohärentes Licht detektiert, das er durch das Loch (166) empfängt; eine zweite Abbildungslinse (180); eine Kamera (186), die inkohärentes Licht von dem zu untersuchenden Bereich empfängt, wie es vom Gitter (167) abgelenkt und von der zweiten Abbildungslinse (180) abgebildet wurde.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Bereitstellung einer Einrichtung, die den aktuellen Einfallswinkel mißt, der sich von dem gewünschten Einfallswinkel unterscheiden kann, wobei die Einrichtung zur Messung optische Elemente verwendet, die Teil der Beleuchtung (50) und des Empfängers (52) sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine Positionserfassungsvorrichtung aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, mit einer Vakuumkammer (108), in der die Probe (57) gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumkammer (108) eine Abdeckung (110) mit darin eingearbeiteten Glasplatten (112) in einem Winkel senkrecht zu den Achsen der Strahlen (59, 64) aufweist, die auf der Probe (57) auftreffen und von ihr reflektiert werden, wobei die Glasplatten (112) sich parallel zur Abtastachse erstrecken.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung (50) eine inkohärente Lichtquelle (134) zur Erzeugung eines inkohärenten Lichtstrahls, wenigstens eine kohärente Lichtquelle (130, 132) zur Erzeugung wenigstens eines kohärenten Lichtstrahls und einen Strahlteiler (138) aufweist, der den inkohärenten und den kohärenten Lichtstrahl auf einen einzelnen optischen Weg kombiniert, und einen Polarisator (124).

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (52) zusätzlich einen Analysator (160) aufweist.