WO2002075423A1 - Verfahren zur auswertung von schichtbildern - Google Patents

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WO2002075423A1
WO2002075423A1 PCT/EP2002/002881 EP0202881W WO02075423A1 WO 2002075423 A1 WO2002075423 A1 WO 2002075423A1 EP 0202881 W EP0202881 W EP 0202881W WO 02075423 A1 WO02075423 A1 WO 02075423A1
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WO
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eij
dij
bij
pixels
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PCT/EP2002/002881
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Thomas Engel
Volker Herbig
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Carl Zeiss Microelectronic Systems Gmbh
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Publication date
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Priority to EP02722224A priority patent/EP1373960A1/de
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes
    • G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B21/008—Details of detection or image processing, including general computer control

Definitions

  • the invention relates to a method for evaluating slice images that are microscopically recorded by an object from planes of different depths in the focusing direction z.
  • an object to be examined is scanned point by point under defined measuring light conditions.
  • the intensity of the measuring light is detected for each individual object point and one equivalent of the intensity value is assigned to one pixel of an image.
  • images of an object space or images from different object depths are generated in this way from several different planes in the focusing direction, which usually corresponds to the z direction.
  • Information about the properties of the examined object can then be obtained from the measured intensity values.
  • information about the fine surface structure or the layer structure of an object can be obtained in this way. Among other things, this is of interest in the inspection of semiconductor components, in particular wafers.
  • Confocal scanning microscopes that operate in the range of visible light that can be used for this purpose or in the near UV range are already generally known. The image is captured there, for example, using a Nipkow disk. Such a confocal scanning microscope is described in German Patent 195 11 937. In the case of polychromatic confocal scanning microscopes, the bandwidth of the visible light with its different wavelengths is used to record the slice images, the light of different wavelengths being imaged on observation levels located at different depths. In this case, intensity values from the different levels can be recorded with one measurement process.
  • the object of the invention is to provide an improved method for evaluating the slice images obtained in scanning microscopy, with which precise information about object properties can be obtained in an efficient manner.
  • each layer image (A, B, C, D, E) consists of a multiplicity of pixels arranged in a grid (Ai j , Bi j , Ci j , Di j , Ei j ) is composed
  • an intensity value is determined for each pixel (Ai j , Bij, Ci j , D j , E j ) or for image areas consisting of several of these pixels (Aij, Bi j , Ci, Di j , Ei j ) the intensity values for pixels lying one above the other in the z-direction (Ai j , Bi j , Cij, Di j , Ei j ) or image areas are linked to one another according to predefined criteria, one for these pixels (Aij, Bij, Ci j , D j , E j ) or image areas of characteristic parameters is determined and based on these pixels (Ai j , Bij, Cj,
  • the pixels (Aij, Bi j , Ci j , Dij, Eij) are to be understood, for example, as the pixels or subpixels of an LC display; consequently, image areas can comprise a plurality of adjacent pixels or sub-pixels of such a display.
  • the pixels (Aij, Bi j , Cij, Di j , Ei j ) are the smallest units on which image information can be displayed or with which image information can be detected, while the above-mentioned image areas are larger than in the pixels (Aij, Bij, Cj, Dj, Ej).
  • the image areas in the different planes lying one above the other in the z direction can be of different sizes, ie they can consist in different planes of different numbers of pixels (Ai j , Bi j , Ci j , Di j , Ei j ).
  • the size of the image areas depends, for example, on the defocusing when determining the measured values. For the sake of clarity, the invention is explained below only on the basis of the evaluation of individual pixels (Ai j , Bi j , Cij, Di j , Ei j ).
  • certain properties of the object can be determined at this point for each recorded object point or for the immediate vicinity of the object point. For example, information about the geometry of the object surface or the geometry of an interface can be derived from the intensity values. Through the targeted compression or selection of such information, a raster structure can then be created of the slice images generate a similar data field, which can be represented graphically, for example.
  • the extreme value of the intensity values is determined for the pixels lying one above the other.
  • a variable characterizing the position in the z direction is determined for the extreme intensity value and assigned to the characteristic parameter.
  • the slice image, which has the maximum intensity at this point, is thus determined on the basis of one of the superimposed object points, whose position in the z direction is known.
  • This image represents a representation of the surface topography of the object to be examined or also the topography of a boundary layer with a certain reflection behavior.
  • An approximation curve for the course of the intensity which has the intensity values of these pixels as support points, is preferably generated for the pixels lying one above the other in the individual image planes.
  • a variable characterizing the position in the z direction is determined and assigned to the characteristic parameter. This procedure allows a more precise determination of the position of the intensity maximum, which for an object point can also be between the z position of two adjacent slice images. This produces a particularly high resolution in the z direction.
  • the characteristic parameter is assigned the extreme value of the intensity values of the image points lying one above the other without the z position being important.
  • the characteristic parameters for the individual object points thus represent information about the local reflection behavior of the examined object.
  • the characteristic parameter is preferably assigned the extreme value of an approximation curve in the object height range represented by the slice images, which has the intensity values of the superimposed pixels as support points. In this way, the local intensity maximum can be determined particularly precisely for the individual object points.
  • the apparatus properties of the optical system used to generate the slice images are also taken into account.
  • the calibration curve to be used can be determined experimentally or calculated according to theoretical criteria.
  • the raster structure of the elements is adapted to the structure of the pixels of the layer images in order to obtain the most accurate, meaningful result possible. In scanning microscopy, CCD cameras are generally used to generate the image information or intensity values. Accordingly, it is particularly advantageous if the raster structure of the elements to which the characteristic parameters for the individual object points are assigned consists of rows and columns.
  • the slice images are recorded in object planes equally spaced from one another. This has the advantage that, when evaluating the pixels lying one above the other in the individual object planes, in particular when determining the approximation curves and their maximum, the computational effort remains small.
  • the resolution depends, among other things, on the wavelength of the measuring light. If the slice images are generated with measuring light of different wavelengths, they have different resolutions in the z direction.
  • the intensity values of the layer images are therefore related to a monochromatic light. A uniform resolution is thus achieved over the entire object space to be examined, both in the z direction and in an xy plane perpendicular to the z direction.
  • Layer images of this type can be obtained, for example, with a monochromatic confocal scanning microscope or also with a laser scanning microscope.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of layer images lying one above the other, each of which has a multiplicity of image points to which intensity values are assigned.
  • a confocal scanning microscope Using a confocal scanning microscope, several slice images are generated from an object space to be examined for different object depths in the z direction.
  • the scanning microscope used for this purpose is, for example, a confocal scanning microscope that is operated with measuring light in the UV range. The wavelength range of the measuring light is very small, so that several separate images must be taken as part of a focus series for the individual slice images in the z direction.
  • These slice images are shown schematically in Fig.l and labeled A, B, C, D and E.
  • the number of slice images is not limited to the number shown in Fig.l, but essentially freely selectable.
  • Each of the layer images A, B, C, D, E shown has a raster structure with a large number of pixels are arranged in rows i and columns j.
  • the superimposed pixels Ai j , Bij, Ci j , Di j , Ei j are shown for an object area that extends in the z direction over the depth that corresponds to the sum of the distances dAB to d D E.
  • Each of these pixels Ai j , Bi j , Ci j , Dj, Ei j is assigned an intensity value, which was measured when the respective slice image A, B, C, D, E was generated on a receiving device of the scanning microscope.
  • This receiving device is usually a matrix of a CCD camera.
  • a confocal scanning microscope can also be used, which is equipped with a monochromatic lens
  • the distance dAB dsc, d C D or d DE between adjacent slice images is also used recorded.
  • the distance from a predetermined reference point (not shown in the drawing) to each individual slice image A, B, C, D, E or to the associated object plane can also be recorded.
  • layer images A, B, C, D, E using a broadband, polychromatic confocal To generate scanning microscope, in which the focusing in the z-direction is carried out via a wavelength selection.
  • This is also possible in an analogous manner when the confocal scanning microscope is operated in the visible spectral range of the light, provided that the resulting image is broken down into color values to which depth information is assigned.
  • the intensity values recorded in the individual slice images A, B, C, D, E for the image points Aij, Bij, Cij, D j , Eij can now be evaluated in different ways for the purpose of obtaining information about object properties, as described in more detail below is explained.
  • a “best focus image” is generated from the slice images.
  • the effect is used that when the scanning microscope is focused on an interface, a clear intensity peak occurs. This is particularly on the object surface Particularly pronounced, moreover, less pronounced secondary intensity peaks can occur with partially transparent bodies.
  • the image points of the slice images lying one above the other are evaluated according to a predetermined criterion with generation of a characteristic parameter.
  • the criterion is a type of approximation curve that is predetermined which in the object depth range represented by the slice images A, B, C, D and E approximates or fits the intensity curve.
  • the intensity values measured at the individual pixels Aij, Bij, Cij, Di j , Eij form the support points of the approximation curve.
  • the distances dAB B c / d C D and d DE between the slice images A, B, C, D, E in the z direction are also taken into account. If these distances d A B d B c / d C D / d D E are the same for all adjacent slice images A, B, C, D, E, this can already be taken into account in the functional specification, so that the approximation curve alone can be parameterized based on the intensity values.
  • the extreme value of the intensity is determined within the aforementioned object depth range and the associated position in the z direction is determined for this extreme value.
  • a pair of values is thus obtained from a value for the intensity and a z-size. If the “best focus image” is now to be generated, the characteristic parameter is assigned this z-size and an element of a raster structure that corresponds to the raster structure of the pixels Ai j , Bi j , Ci j , Di j , Ei j in one Layer A, B, C, D, E is similar.
  • the characteristic parameters can be determined across all indices and summarized in a data field.
  • This data field is then displayed as a “best focus image”, which is a synthetic image, for example visually.
  • the approximation curves mentioned above can also be evaluated for the individual image points Aij, Bi j , Cij, Dj, Eij and thus for the corresponding object points with regard to the extreme value of the intensity and combined to form a synthetic image.
  • the characteristic parameter is assigned the maximum intensity value of the approximation curve in the object depth range represented by the slice images A, B, C, D, E.
  • the synthetic image then indicates an isodose distribution of the extreme intensity, which can be further evaluated.
  • the materials and thus the structuring levels can be represented accordingly.
  • a calibration on an area with a constant reflectivity, eg. B. a mirror performed.
  • an approximation curve is not generated. Rather, for the purpose of representing the topography in the form of a “best focus image ⁇ X, the characteristic parameter of an object point is in each case directly the z-size of that slice image A, B, C, D, E is assigned, at which the intensity maximum is determined for the superimposed pixels Ai j , Bij, Ci j , Di j , Ei j .
  • the characteristic parameter from the superimposed pixels Aij, B j , Cij, Dij, E j is directly assigned the maximum intensity value.
  • the “best focus image” and the iso-intensity area representation can be used together to obtain information, for example to distribute isodoses on deep structures to represent and thus resolve the structuring of the layer system.
  • additional information about properties of the object can be derived from the approximation curves or evaluation functions, for example by a comparison with reference curves.
  • additional information about properties of the object can be derived from the approximation curves or evaluation functions, for example by a comparison with reference curves.
  • the method according to the invention can be carried out both in incident light and in transmitted light mode. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung bezeiht sich auf ein Verfahren zur Auswertung von Schichtbildern (A, B, C, D, E), die aus Ebenen unterschiedlicher Tiefen in der Fokussierrichtung z von einem Objekt mikroskopisch aufgenommen werden. Dabei ist jedes Schichtbild (A, B, C, D, E) aus einer Vielzahl von Bildpunkten (Aij, Bij, Cij, Dij, Eij) zusammengesetzt; für jeden Bildpunkt (Aij, Bij, Cij, Dij, Eij) oder für Bildbereiche, die aus mehreren solcher Bildpunkte (Aij, Bij, Cij, Dij, Eij) bestehenb, wird ein Intensitätswert besetimmt, die Intensitätswerte für jeweils in z-Richtung übereinander liegende Bildpunkte (Aij, Bij, Cij, Dij, Eij) oder Bildbereiche werden miteinander verknüpft, es wird ein für diese Bildpunkte (Aij, Bij, Cij, Dij, Eij) oder Bildbereiche charakteristischer Parameter ermittelt und in ein Raster eingeordnet, das dem Raster der Bildpunkte (Aij, Bij, Cij, Dij, Eij) entspricht. Damit lassen sich beispielsweise Informationen über die Topographie des Objektes gewinnen und darstellen.

Description

Verfahren zur Auswertung von Schichtbildern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Auswertung von Schichtbildern, die aus Ebenen unterschiedlicher Tiefen in Fokussierrichtung z von einem Objekt mikroskopisch aufgenommen werden.
Bei der Scanning-Mikroskopie wird ein zu untersuchendes Objekt unter definierten Meßlichtbedingungen punktweise abge- tastet. Dabei wird für jeden einzelnen Objektpunkt die Intensität des Meßlichtes erfaßt und ein Äquivalent des Intensitätswertes jeweils einem Bildpunkt eines Bildes zugeordnet .
In der Regel werden auf diese Weise aus mehreren unterschiedlichen Ebenen in Fokussierrichtung, die meist der z- Richtung entspricht, Bilder eines Objektraumes bzw. Bilder aus unterschiedlichen Objekttiefen erzeugt. Aus den gemessenen Intensitätswerten lassen sich dann Informationen über Eigenschaften des untersuchten Objektes erhalten. Beispielsweise können so Informationen über die Oberflächenfeinstruktur oder über den Schichtaufbau eines Objektes gewonnen werden. Dies ist unter anderem bei der Inspektion von Halbleiterbauelementen, insbesondere Wafern, von Inter- esse.
Konfokale Scanning-Mikroskope, die im Bereich des hierzu nutzbaren sichtbaren Lichts oder im nahen UV-Bereich arbeiten, sind bereits allgemein bekannt. Die Bildaufnahme er- folgt dort beispielsweise mittels einer Nipkow-Scheibe. Ein solches konfokales Scanning-Mikroskop ist in dem deutschen Patent 195 11 937 beschrieben. Bei polychromatischen konfokalen Scanning-Mikroskopen wird zur Aufnahme der Schichtbilder die Bandbreite des sichtbaren Lichts mit seinen unterschiedlichen Wellenlängen genutzt, wobei das Licht verschiedener Wellenlängen auf un- terschiedlich tief gelegene Beobachtungsebenen abgebildet wird. In diesem Fall können Intensitätswerte aus den unterschiedlichen Ebenen mit einem Meßvorgang erfaßt werden.
Abweichend hiervon ist es aber auch möglich, die Schicht- bilder mit monochromatischen konfokalen Scanning-Mikroskopen oder mit Laser-Scanning-Mikroskopen aufzunehmen. Hierzu wird nacheinander auf die einzelnen Ebenen fokussiert und dabei jeweils die Intensität des Meßlichtes erfaßt.
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Auswertung der bei der Scanning-Mikroskopie gewonnenen Schichtbilder anzugeben, mit dem sich präzise Informationen über Objekteigenschaften in effizienter Weise erhalten las- sen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem jedes Schichtbild (A, B, C, D, E) aus einer Vielzahl von in einem Raster angeordneten Bild- punkten (Aij, Bij , Cij, Dij , Eij) zusammengesetzt ist, für jeden Bildpunkt (Aij, Bij, Cij, Dj , Ej) oder für aus mehreren dieser Bildpunkte (Aij, Bij, Ci , Dij, Eij) bestehende Bildbereiche ein Intensitätswert bestimmt wird, die Intensitätswerte für jeweils in z-Richtung übereinander liegende Bild- punkte (Aij, Bij, Cij, Dij, Eij) oder Bildbereiche nach vorgegebenen Kriterien miteinander verknüpft werden, dabei ein für diese Bildpunkte (Aij, Bij, Cij, Dj, Ej) oder Bildbereiche charakteristischer Parameter ermittelt wird und die auf diese Bildpunkte (Aij, Bij, Cj, Dij, Eij) oder Bildbereiche bezogenen Parameter den Elementen eines Rasters zugeordnet werden, das dem Raster der Bildpunkte (Aj, Bij, Cij, Dij, Eij) in einem Schichtbild (A, B, C, D, E) entspricht.
Unter den Bildpunkten (Aij, Bij, Cij, Dij, Eij) sind beispielsweise die Pixel oder Subpixel eines LC-Displays zu verstehen; demzufolge können Bildbereiche mehrere benachbarte Pixel oder Subpixel eines solchen Displays umfassen. Mit anderen Worten: die Bildpunkte (Aij, Bij, Cij, Dij, Eij) sind die kleinsten Einheiten, auf denen Bildinformationen dargestellt bzw. mit denen Bildinformationen detektiert werden können, während die vorgenannten Bildbereiche in ihrer flächigen Ausdehnung größer sind, als die Bildpunkte (Aij, Bij, Cj, Dj, Ej). Dabei können die Bildbereiche in den unterschiedlichen, in z-Richtung übereinander liegenden Ebenen unterschiedlich groß sein, d.h. sie können in unterschiedlichen Ebenen aus verschiedenen Anzahlen von Bildpunkten (Aij, Bij, Cij, Dij, Eij) bestehen. Die Größe der Bildbereiche ist beispielsweise von der Defokussierung bei der Ermittlung der Meßwerte abhängig. Der Übersichtlichkeit halber wird die Erfindung im folgenden lediglich anhand der Bewertung einzelner Bildpunkte (Aij, Bij, Cij, Dij, Eij) erläutert .
Über die vorgegebenen Kriterien lassen sich für jeden aufgenommenen Objektpunkt bzw. für die nahe Umgebung des Objektpunktes bestimmte Eigenschaften des Objektes an dieser Stelle ermitteln. Beispielsweise können aus den Intensi- tätswerten Informationen über die Geometrie der Objektoberfläche oder über die Geometrie einer Grenzfläche abgeleitet werden. Durch die gezielte Verdichtung oder Selektion solcher Informationen läßt sich dann ein der Rasterstruktur der Schichtbilder gleichartiges Datenfeld erzeugen, das beispielsweise bildlich dargestellt werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird für die übereinanderliegenden Bildpunkte der Extremalwert der Intensitätswerte bestimmt. Zu dem extremalen Intensitätswert wird eine die Position in z-Richtung kennzeichnende Größe ermittelt und dem charakteristischen Parameter zugeordnet. Damit wird anhand eines der übereinanderliegenden Objektpunkte, dessen Position in der z-Richtung bekannt ist, das Schichtbild bestimmt, das an dieser Stelle die maximale Intensität aufweist.
Aus der Intensität kann auf das Vorliegen einer Grenz- bzw. Oberflächenschicht geschlossen werden, so daß ein aus den charakteristischen Parametern zusammengesetztes Bild entsteht. Dieses Bild repräsentiert eine Darstellung der Oberflächentopographie des zu untersuchenden Objektes oder auch der Topographie einer Grenzschicht mit einem bestimmten Re- flexionsverhalten.
Vorzugsweise wird für die in den einzelnen Bildebenen übereinanderliegenden Bildpunkte eine Approximationskurve für den Verlauf der Intensität erzeugt, welche die Intensitäts- werte dieser Bildpunkte als Stützstellen aufweist. Für den Extremalwert der Approximationskurve innerhalb eines Tiefenbereichs wird eine die Position in z-Richtung kennzeichnende Größe ermittelt und dem charakteristischen Parameter zugeordnet. Diese Vorgehensweise erlaubt eine genauere Be- Stimmung der Lage des Intensitätsmaximums, das sich für einen Objektpunkt auch zwischen der z-Position zweier benachbarter Schichtbilder befinden kann. Hierdurch wird eine besonders hohe Auflösung in z-Richtung erzeugt. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird dem charakteristischen Parameter der Extremalwert der Intensitätswerte der übereinanderliegenden Bildpunkte zuge- ordnet, ohne daß es auf die z-Position ankäme. Die charakteristischen Parameter für die einzelnen Objektpunkte repräsentieren somit eine Information über das örtliche Reflexionsverhalten des untersuchten Objektes.
Vorzugsweise wird dem charakteristischen Parameter der Extremalwert einer Approximationskurve in dem durch die Schichtbilder repräsentierten Objekthöhenbereich zugeordnet, welche die Intensitätswerte der übereinanderliegenden Bildpunkte als Stützstellen aufweist. Auf diese Weise läßt sich für die einzelnen Objektpunkte das lokale Intensitäts- maximum besonders genau bestimmen.
Die für Erzeugung der Approximationskurve verwendeten mathematischen Verfahren sind allgemein bekannt und bedürfen hier keiner näheren Erläuterung. Wesentlich ist jedoch, daß für sämtliche Objektpunkte der charakteristische Parameter anhand des gleichen Kriteriums, d. h. anhand der gleichen Approximationsvorschrift gewonnen wird.
Für eine besonders hohe Genauigkeit der Auswertung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Funktionstyp der Approximationskurve in einem Kalibrierverfahren zu ermitteln. Hierdurch werden insbesondere auch die apparativen Eigenschaften des optischen Systems, das zur Generierung der Schichtbilder verwendet wird, berücksichtigt. Die zugrunde zu legende Kalibrierkurve kann experimentell ermittelt oder nach theoretischen Gesichtspunkten berechnet werden. Die Rasterstruktur der Elemente wird an die Struktur der Bildpunkte der Schichtbilder angepaßt, um ein möglichst genaues, aussagekräftiges Ergebnis zu erhalten. Bei der Scan- ning-Mikroskopie werden für die Generierung der Bildinformationen bzw. Intensitätswerte in der Regel CCD-Kameras verwendet. Dementsprechend ist es besonders vorteilhaft, wenn die Rasterstruktur der Elemente, denen die charakteristischen Parameter für die einzelnen Objektpunkte zugewiesen werden, aus Zeilen und Spalten besteht.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Schichtbilder in untereinander gleichbeab- standeten Objektebenen aufgenommen. Dies hat den Vorteil, daß bei der Auswertung der in den einzelnen Objektebenen übereinanderliegenden Bildpunkte, insbesondere bei der Bestimmung der Approximationskurven und deren Maximum, der Rechenaufwand klein bleibt .
Selbstverständlich ist es aber auch möglich, der Auswertung Schichtbilder zugrunde zu legen, die aus Objektebenen mit unterschiedlichen Abständen zueinander stammen. Letzteres kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn sich die Generierung gleichbeabstandeter Schichtbilder als schwierig erweist. In diesem Fall muß eine zusätzliche Abstandsinfor- mation bei der Auswertung mit berücksichtigt werden.
Bei optischen Systemen, die beispielsweise zur Generierung der Schichtbilder verwendet werden, hängt die Auflösung unter anderem von der Wellenlänge des Meßlichtes ab. Werden die Schichtbilder mit Meßlicht unterschiedlicher Wellenlänge erzeugt, so besitzen diese in z-Richtung eine unterschiedliche Auflösung. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind daher die Intensitätswerte der Schichtbilder auf ein monochromatisches Licht bezogen. Damit wird eine gleichmäßige Auflösung über den insgesamt zu untersuchenden Objektraum sowohl in z-Richtung als auch in einer xy-Ebene senkrecht zur z-Richtung erzielt. Derartige Schichtbilder lassen sich beispielsweise mit einem monochromatischen konfokalen Scan- ning-Mikroskop oder auch mit einem Laser-Scanning-Mikroskop gewinnen .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei- spieles näher erläutert . Die zugehörige Zeichnung zeigt in Fig.l eine schematische Darstellung von übereinander liegenden Schichtbildern, die jeweils eine Vielzahl von Bild- punkten aufweisen, denen Intensitätswerte zugeordnet sind.
Mit einem konfokalen Scanning-Mikroskop werden von einem zu untersuchenden Objektraum für jeweils unterschiedliche Ob- jekttiefen in z-Richtung mehrere Schichtbilder erzeugt. Das hierzu verwendete Scanning-Mikroskop sei beispielsweise ein konfokales Scanning-Mikroskop, das mit Meßlicht im UV- Bereich betrieben wird. Der Wellenlängenbereich des Meßlichtes ist hierbei sehr klein, so daß für die einzelnen Schichtbilder in der z-Richtung mehrere separate Aufnahmen im Rahmen einer Fokus-Serie aufgenommen werden müssen. Diese Schichtbilder sind in Fig.l schematisch dargestellt und mit A, B, C, D und E bezeichnet. Die Anzahl der Schichtbilder ist nicht auf die in Fig.l gezeichnete Anzahl be- schränkt, sondern im wesentlichen frei wählbar.
Jedes der dargestellten Schichtbilder A, B, C, D, E besitzt eine Rasterstruktur mit einer Vielzahl von Bildpunkten, die in Zeilen i und Spalten j angeordnet sind. In Fig.l sind die übereinanderliegenden Bildpunkte Aij, Bij, Cij, Dij, Eij für einen Objektbereich dargestellt, der sich in z-Richtung über die Tiefe erstreckt, die der Summe aus den Abständen dAB bis dDE entspricht.
Jedem dieser Bildpunkte Aij, Bij, Cij, Dj, Eij ist ein Intensitätswert zugeordnet, der bei der Generierung des jeweiligen Schichtbildes A, B, C, D, E an einer Empfangseinrich- tung des Scanning-Mikroskops gemessen wurde. Üblicherweise ist diese Empfangseinrichtung eine Matrix einer CCD-Kamera.
Anstelle des vorgenannten, im UV-Bereich betriebenen konfokalen Scanning-Mikroskops kann auch ein konfokales Scan- ning-Mikroskop verwendet werden, das mit einem monochroma¬
tischen Meßlicht betrieben wird. In diesem Fall wird für sämtliche Schichtbilder A, B, C, D, E in der z-Richtung eine sehr gleichmäßige Auflösung erreicht . Alternativ kann auch ein Laser-Scanning-Mikroskop eingesetzt werden.
In sämtlichen Fällen, in denen die Schichtbilder A, B, C, D, E nacheinander aufgenommen werden, indem auf unterschiedliche Objektebenen der z-Richtung fokussiert wird, wird überdies der Abstand dAB dsc, dCD bzw. dDE zwischen jeweils benachbarten Schichtbildern festgehalten. Alternativ hierzu kann auch der Abstand von einem vorgegebenen Referenzpunkt (zeichnerisch nicht dargestellt) bis zu jedem einzelnen Schichtbild A, B, C, D, E bzw. zur zugehörigen Objektebene aufgezeichnet werden.
Weiterhin ist denkbar, die Schichtbilder A, B, C, D, E mittels eines breitbandigen, polychromatischen konfokalen Scanning-Mikroskops zu erzeugen, bei dem die Fokussierung in z-Richtung über eine Wellenlängenselektion vorgenommen wird. Das ist in analoger Weise aber auch beim Betrieb des konfokalen Scanning-Mikroskops im sichtbaren Spektral- bereich des Lichtes möglich, sofern das sich dabei ergebende Bild nach Farbwerten zerlegt wird, denen Tiefeninformationen zugeordnet sind.
Die in den einzelnen Schichtbildern A, B, C, D, E für die Bildpunkt Aij, Bij, Cij, Dj, Eij aufgezeichneten Intensitätswerte können nun zum Zwecke der Gewinnung von Informationen über Objekteigenschaften in unterschiedlicher Art und Weise ausgewertet werden, wie nachfolgend näher erläutert wird.
Zur Darstellung der Topographie des untersuchten Objektes wird aus den Schichtbildern ein „Best-Fokus-Bild" generiert. Hierzu wird der Effekt ausgenutzt, daß sich bei einer Fokussierung des Scanning-Mikroskops auf eine Grenzfläche ein deutlicher Intensitätspeak einstellt. Dieser ist insbesondere an der Objektoberfläche besonders deutlich ausgeprägt. Bei teiltransparenten Körpern können überdies weniger stark ausgeprägte Neben-Intensitätspeaks auftreten.
Zur Generierung des „Best-Fokus-Bildes" werden jeweils die übereinander liegenden Bildpunkte der Schichtbilder, d. h. die Bildpunkte mit gleichem Index, nach einem vorgegebenen Kriterium unter Generierung eines charakteristischen Parameters ausgewertet. Im Ausführungsbeispiel ist das Kriterium eine ihrem Typ nach vorgegebene Approximationskurve, mit welcher in dem durch die Schichtbilder A, B, C, D und E repräsentierten Objekttiefenbereich der Intensitätsverlauf angenähert bzw. angefittet wird. Die an den einzelnen Bildpunkten Aij, Bij, Cij, Dij, Eij gemessenen Intensitätswerte bilden dabei die Stützstellen der Approximationskurve. Bei der Parametrisierung der Approximationskurve werden überdies die Abstände dAB Bc/ dCD und dDE zwischen den Schichtbildern A, B, C, D, E in der z- Richtung berücksichtigt. Sofern diese Abstände dAB dBc/ dCD/ dDE für sämtliche benachbarte Schichtbilder A, B, C, D, E gleich groß sind, kann dies bereits in der Funktionsvorschrift berücksichtigt werden, so daß die Approximations- kurve allein anhand der Intensitätswerte parametrisiert werden kann.
Für die Approximationskurve wird innerhalb des vorgenannten Objekttiefenbereichs der Extremalwert der Intensität be- stimmt und zu diesem Extremalwert die zugehörige Position in der z-Richtung ermittelt.
Damit wird ein Wertpaar aus einem Wert für die Intensität und einer z-Größe erhalten. Soll nun das „Best-Fokus-Bild" generiert werden, so wird dem charakteristischen Parameter diese z-Größe und ein Element einer Rasterstruktur zugeordnet, die der Rasterstruktur der Bildpunkte Aij, Bij, Cij, Dij, Eij in einem Schichtbild A, B, C, D, E gleichartig ist.
Auf diese Weise lassen sich über sämtliche Indizes die charakteristischen Parameter bestimmen und in einem Datenfeld zusammenfassen. Dieses Datenfeld wird dann als „Best-Fokus- Bild", das ein synthetisches Bild ist, beispielsweise visuell dargestellt.
Aufgrund der Ähnlichkeit der Rasterstruktur mit derjenigen der Bildpunkte Aij, Bij, Cij, Dij, Eij ergibt sich dann ein Bild, das eine skalierte topographische Information ent- hält. Da die Stützung der dargestellten Information auf tatsächlich vermessenen Objektpunkten beruht, erhält man im Unterschied zu konfokalen Scanning-Mikroskopen, bei denen eine chromatische Beobachtung vorgenommen wird, eine quan- titative Skalierung.
Die vorstehend genannten Approximationskurven können für die einzelnen Bildpunkte Aij, Bij, Cij, Dj, Eij und damit für die korrespondierenden Objektpunkte auch hinsichtlich des Extremalwertes der Intensität ausgewertet und zu einem synthetischen Bild zusammengefaßt werden. In diesem Fall wird dem charakteristischen Parameter jeweils der maximale Intensitätswert der Approximationskurve in dem durch die Schichtbilder A, B, C, D, E repräsentierten Objekttiefenbe- reich zugewiesen. Das synthetische Bild gibt dann eine Isodosisverteilung der extremalen Intensität an, die weiter ausgewertet werden kann.
Bei strukturierten Oberflächen, bei denen sich verschiedene Materialien in ihrem Reflexionsverhalten unterscheiden, können so die Materialien und damit die Strukturierungsebe- nen entsprechend dargestellt werden. Zum Zwecke der Quantifizierung der so erzeugten synthetischen Bilder wird gegebenenfalls vorher eine Kalibrierung an einer Fläche mit ei- ner konstanten Reflektivität , z. B. einem Spiegel, durchgeführt .
In einer vereinfachten Abwandlung der vorgenannten Verfahrensschritte wird auf die Generierung einer Approximations- kurve verzichtet. Vielmehr wird zum Zwecke der Darstellung der Topographie in Form eines „Best-Fokus-BildesλX dem charakteristischen Parameter eines Objektpunktes jeweils unmittelbar die z-Größe desjenigen Schichtbildes A, B, C, D, E zugewiesen, an dem für die übereinanderliegenden Bildpunkte Aij, Bij, Cij, Dij, Eij das Intensitätsmaximum festgestellt wird.
Für die Darstellung der Isointensitätsflächen wird dem charakteristischen Parameter aus den übereinanderliegenden Bildpunkten Aij, Bj, Cij, Dij, Ej hingegen unmittelbar der maximale Intensitätswert zugewiesen.
Wird mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren ein SchichtSystem untersucht, das mehrere Schichten der gleichen Beschaffenheit und Reflektivität aufweist, so können das „Best-Fokus-Bild" und die Isointensitätsflächendarstel- lung gemeinsam zur Informationsgewinnung herangezogen wer- den, um beispielsweise Isodosisverteilungen auf Tiefen- strukturierungen darzustellen und so die Strukturierung des Schichtsystems aufzulösen.
Weiterhin können, beispielsweise durch einen Abgleich mit Referenzkurven, zusätzliche Informationen über Eigenschaften des Objektes aus den Approximationskurven oder Bewertungsfunktionen abgeleitet werden. Anhand der Bestimmung von Nebenmaxima kann beispielsweise bei wenigstens teilweise transparenten Objekten auf innerhalb des Objektes lie- gende Grenzschichten geschlossen werden. Ist das zu vermessende Objekt in seiner Struktur grundsätzlich bekannt, so kann anhand der auf diese Weise festgestellten Intensitätsabweichungen auf Fehlstellen geschlossen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl im Auflicht- als auch im Durchlichtbetrieb ausgeführt werden. Bezugszeichenliste
A, B, C, D, E Schichtbilder
Aij, Bij, Cij, Dij, Eij, Bildpunkte i Zeilen j Spalten dAB, dBC, dCD/ dDE Abstände

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Auswertung von Schichtbildern (A, B, C, D, E) , die aus Ebenen unterschiedlicher Tiefen in der Fokussierrichtung z von einem Objekt mikroskopisch aufgenommen werden, wobei jedes Schichtbild (A, B, C, D, E) aus einer Vielzahl von in einem Raster angeordneten Bildpunkten (Aij, Bij, Cij, Dij, Eij) zusammengesetzt ist, - für jeden Bildpunkt (Aij, Bij, Cij, Dij, Eij) oder für aus mehreren dieser Bildpunkte (Aij, Bij, Cij, Dij, Eij) bestehende Bildbereiche ein Intensitätswert bestimmt wird, die Intensitätswerte für jeweils in z-Richtung überein- ander liegende Bildpunkte (Aij, Bij, Cij, Dij, Eij) oder Bildbereiche nach vorgegebenen Kriterien miteinander verknüpft werden, dabei ein für diese Bildpunkte (Aij, Bij, Cij, Dij, Eij) oder Bildbereiche charakteristischer Parameter ermit- telt wird und die auf diese Bildpunkte (Aij, Bij, Cij, Dij, Eij) oder Bildbereiche bezogenen Parameter den Elementen eines Rasters zugeordnet werden, das dem Raster der Bildpunkte (Aij, Bij, Cij, Dij, Eij) in den Schichtbildern (A, B, C, D, E) entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jeweils übereinanderliegende Bildpunkte (Aij, Bij, Cij, Dij, Eij) oder Bildbereiche zunächst der Extremal- wert der Intensitätswerte bestimmt wird, dann zu diesem extremalen Intensitätswert eine die Position in z- Richtung kennzeichnende Größe bestimmt und diese dem charakteristischen Parameter als Wert zugeordnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jede der Tiefen in Fokussierrichtung z, in der ein Schichtbild (A, B, C, D, E) gewonnen wird, eine Appro- ximationskurve für einen Intensitätsverlauf erzeugt wird, wobei die Intensitätswerte der übereinanderliegenden Bildpunkte (Aij, Bij, Ci , Dij, Ej) oder Bildbereiche als Stützstellen dienen, hiernach der Extremalwert der Approximationskurve bestimmt wird, dann zu diesem Extremalwert eine die Position in z-Richtung kennzeichnende Größe bestimmt und diese dem charakteristischen Parameter als Wert zugeordnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem charakteristischen Parameter der Extremalwert der
Intensitätswerte der übereinanderliegenden Bildpunkte (Aij, Bij, Cij, Dij, Eij) oder Bildbereiche zugeordnet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem charakteristischen Parameter der Extremalwert einer Approximationskurve innerhalb des durch die Schichtbilder (A, B, C, D, E) repräsentierten Objekthδhenberei- ches zugeordnet wird, wobei die Approximationskurve die Intensitätswerte der übereinander liegenden Bildpunkte (Aij, Bij, Cij, Dij, Eij) oder Bildbereiche als Stützstellen aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeich- net, daß der Funktionstyp der Approximationskurve in einem Kalibrierverfahren ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasterstruktur aus Zeilen und Spalten besteht.
8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in z-Richtung gemessenen Abstände zwischen den Ebenen, aus denen die Schichtbilder (A, B, C, D, E) aufgenommen werden, gleich groß sind.
9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Intensitätswerte auf monochromatisches Licht beziehen.
10. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensitätswerte für die Bildpunkte (Aij, Bij, Cij, Dij, Eij) oder Bildbereiche mit einem konfokalen Scanning-Mikroskop mit Nipkow-Scheibe oder einem Laser-Scanning-Mikroskop gewonnen werden.
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