DE60016761T2

DE60016761T2 - Interferometrische konfokale nahfeld-abtastmikroskopie

Info

Publication number: DE60016761T2
Application number: DE60016761T
Authority: DE
Inventors: Allen Henry HILL
Original assignee: Zetetic Institute
Current assignee: Zetetic Institute
Priority date: 1999-08-02
Filing date: 2000-08-02
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2020-08-03
Also published as: EP1203257B1; TW200300030A; EP1203257A2; DE60016761D1; US6445453B1; US6606159B1; ATE285081T1; US6753968B2; TW558642B; US20030147083A1; TW579435B

Description

Rastermikroskopietechniken, einschließlich Nahfeld- und konfokale Rastermikroskopie, verwenden gewöhnlich ein einziges räumlich lokalisiertes Erkennungs- oder Anregungselement, manchmal als Rastersonde bekannt [siehe z.B. "Nearfield Optics: Theory, Instrumentation, and Applikations – Nahfeldoptik : Theorie, Instrumentarium und Anwendungen," M.A. Paesler und P. J. Moyer, (Wiley-New York) (1996); "Confocal Laser Scanning Microscopy – konfokale Laserscannermikroskopie,") C. Sheppard, BIOS (Scientific-Oxford und Springer-New York) (1997).] Die Nahfeldrastersonde ist typischer Weise eine Subwellenlängenöffnung, die in unmittelbarer Nähe zu einer Probe positioniert ist; auf diese Weise wird in der Objektebene eine räumliche Subwellenlängenauflösung erreicht. Die Subwellenlängenöffnung ist eine Öffnung, die kleiner als die optische Wellenlänge des in der Nahfeldmikroskopieanwendung verwendeten Strahles im freien Raum ist. Räumlich ausgedehnte Bilder, z.B. zweidimensionale Bilder, werden durch Bewegung der Rastersonde in einem Rastermuster gewonnen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein interferometrisches, optisches Nahfeldmikroskopiesystem, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, zur Verfügung gestellt.
Die hier weiter unten mit Bezug auf die beiliegenden Abbildungen zu beschreibende Erfindung liefert Systeme und Verfahren, die interferometrische Techniken mit der Nahfeldmikroskopie vereinigen.
Applied Physics Letters: volume 62, number 10, pages 1044-1046, 8 March 1993, Vaez-Iravni M et al: "Phase Contrast and Amplitude Pseodoheterodyne Interference Near Field Scanning Optical Microscopy – Phasenkontrast und pseudo-überlagernde optische Amplitudeninterferenz-Nahfeldrastermikroskopie" veröffentlicht pseudo-überlagernde Erkennung von Proben in einer optischen Nahfeldmikroskopie und veröffentlicht speziell ein optisches Nahfeldmikroskopiesystem, das einen Strahlenteiler besitzt, der positioniert ist, um einen Eingangsstrahl in einen Messstrahl und einen Referenzstrahl zu trennen; einen Detektor mit einem auf optische Energie reagierenden Element; und optische Mittel, die positioniert sind, um zumindest einen Teil des Referenzstrahls und zumindest einen Teil des Nahfeldsignalstrahls so zu lenken, dass sie am Detektorelement interferieren.
Die Nahfeldaspekte des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung können eine hohe räumliche Auflösung zur Verfügung stellen und die interferometrischen Techniken verstärken den Störabstand. Darüber hinaus können die Systeme und Verfahren weiterhin konfokale Mikroskopietechniken enthalten, um den Störabstand weiter zu verstärken. Die Systeme und Verfahren können im Reflektionsmodus oder im Durchlassungsmodus arbeiten und können dazu verwendet werden, Oberflächeneigenschaften einer unbekannten Probe zu studieren, eine Probe wie eine Mikrolithographiemaske oder eine vergrößernde Maske zu untersuchen, und Information aus einem optischen Speichermedium zu lesen und/oder Information hineinzuschreiben.
Die Systeme und Verfahren veröffentlichter Ausführungen erzeugen einen Nahfeldsondenstrahl durch Beleuchtung einer Maske, die eine Öffnung mit einer Ausdehnung hat, die kleiner als die Freiraumwellenlänge des beleuchtenden Strahls. Der Nahfeldsondenstrahl interagiert mit einer Probe, um einen Nahfeldsignalstrahl zu erzeugen, der anschließend mit einem Referenzstrahl gemischt wird, um ein Interferenzsignal zu erzeugen. Die Eigenschaften des Nahfeldsignalstrahls, wie seine Multipolausdehnungen des elektrischen und magnetischen Feldes, und seine resultierende Interaktion mit der Probe, können durch die Variation des Einfallswinkels des beleuchtenden Strahles kontrolliert werden, durch die Variation der Entfernung zwischen der Maske und der Probe, und durch Anpassung der Eigenschaften der Öffnung. Weiterhin können in einigen Ausführungen die Polarisation und die Wellenlänge des Nahfeldsondenstrahls variiert werden.
Das durch die Interferenz des Nahfeldsignalstrahls mit einem Referenzstrahl erzeugte Signal verstärkt das Nahfeldsignal, da das resultierende Signal eher mit der Amplitude des Nahfeldsignalstrahls skaliert als mit der Intensität. Weiterhin können die Änderungen in der Phase und/oder Amplitude des Nahfeldsignalstrahls und die diesen Änderungen entsprechende Oberflächeninformation vom Interferenzsignal abgeleitet werden, sowie der Nahfeldsondenstrahl die Probe abtastet. Darüber hinaus können Hintergrundbeiträge zum Interferenzsignal durch Einführung mehrfacher Phasenverschiebungen zwischen dem Referenzstrahl und dem Nahfeldsondenstrahl und durch die Analyse der Interferenzsignale als eine Funktion der Phasenverschiebungen unterdrückt werden. Die Phasenverschiebungen können z.B. durch Verwendung eines Phasenschiebers oder durch die Einführung einer Differenzfrequenz in die Komponenten des Eingabestrahls, der zur Produktion des Nahfeldsondenstrahls und des Referenzstrahls verwendet wurde, eingebracht werden. In vielen Ausführungen werden die Phasenverschiebungstechniken in Verbindung mit einer Maske verwendet, die zusätzlich eine nicht durchlässige Streustelle anschließend an die Öffnung besitzt, mit den Systemen und Verfahren, die ein Referenzsignal erzeugen, das aus der Mischung des an der Streustelle gestreuten Lichtes mit dem Referenzstrahl abgeleitet wird, um Information über Hintergrundsignale zur Verfügung zu stellen, die im vom Nahfeldsignalstrahl abgeleiteten Interferenzsignal vorhanden sein könnten.
In weiteren Ausführungen enthält die Maske ein Feld von Öffnungen, um eine Gruppe von Nahfeldsondenstrahlen an verschiedene Orte der Probe zu lenken, und die Verfahren und Systeme erzeugen eine entsprechende Gruppe von Interferenzstrahlen, um die Probe schneller zu analysieren.
Eine Ausführung der Erfindung kann allgemein wie folgt beschrieben werden.
Ein Eingangsstrahl mit einem linearen polarisierten Einzelfrequenz-Laserstrahl fällt auf einen Strahlensplitter ein. Ein erster Teil des Eingabestrahls wird vom Strahlensplitter als ein Messstrahl weitergeleitet. Ein erster Teil des Messstrahls fällt auf eine Öffnung, die kleiner als die Wellenlänge ist, auf einer leitenden Oberfläche ein und ein erster Teil davon wird als ein Nahfeldsondenstrahl weitergeleitet. Die in der Klassifikation „Subwellenlänge" erwähnte Wellenlänge der Subwellenlängenöffnung ist die Wellenlänge des Eingangsstrahls. Ein Teil des Nahfeldsondenstrahls wird von einem Objektmaterial reflektiert und/oder gestreut, das hinter der Subwellenlängenöffnung liegt, und ein Teil davon wird durch die Subwellenlängenöffnung als ein Nahfeld-Rücksondenstrahl geschickt (d.h. der Nahfeldsignalstrahl). Ein zweiter Teil des Messstrahls fällt auf die Subwellenlängenöffnung ein und wird von der Subwellenlängenöffnung als ein erster Hintergrundrückstrahl gestreut. Der Nahfeld-Rücksondenstrahl und der erste Hintergrundrückstrahl enthalten einen Rückstrahl.
Ein zweiter Teil des Messstrahls fällt auf eine nicht durchlässige Subwellenlängenstreustelle ein, die auf dem Leiter an einer Position seitlich entfernt von der Subwellenlängenöffnung auf dem Leiter mit einer vorher ausgewählten Distanz platziert ist. Die vorher ausgewählte Distanz ist größer oder in der Größenordnung der Wellenlänge des Eingangstrahles. Ein Teil des auf die Subwellenlängenstreustelle einfallenden Messstrahles wird als ein zweiter Hintergrundstrahl gestreut.
Ein zweiter Teil des Eingangstrahles wird vom Strahlensplitter als ein Referenzstrahl reflektiert. Der Referenzstrahl fällt auf ein Referenzobjekt ein und wird als ein reflektierter Referenzstrahl reflektiert.
Der Referenzstrahl und ein Teil des reflektierten Referenzstrahles fallen auf den Strahlensplitter ein und werden durch einen Polarisator als ein erster Mischstrahl gemischt. Der erste Mischstrahl wird dann auf eine Nadelstichpore in einer Bildebene so fokussiert, dass ein Bild der Subwellenlängenöffnung in der Ebene der Nadelstichpore im Fokus liegt. Die Größe der vorher ausgewählten Entfernung der Subwellenlängenöffnung und der Subwellenlängenstreustelle, die Größe der Nadelstichpore, und die Auflösung eines Abbildungssystems, das das Bild der Subwellenlängenöffnung auf der Nadelstichpore erzeugt, werden so ausgewählt, dass ein deutlich reduzierter Teil des zweiten Hintergrundstrahles durch die Nadelstichpore geschickt wird. Ein Teil des fokussierten ersten Mischstrahls wird durch die Nadelstichpore geleitet und vorzugsweise von einem Quantenphotonendetektor festgestellt [siehe Abschnitt 15.3 im Kapitel 15 mit dem Titel "Quantendetektoren", Handbuch der Optik, 1, 1995 (McGraw-Hill New York) von P. R. Norton], um ein erstes elektrisches Interfacesignal zu erzeugen. Die Amplitude und Phase des ersten elektrischen Interfacesignals wird gemessen.
Der zweite Hintergrundrückstrahl und ein zweiter Teil des reflektierten Referenzstrahls fallen auf den Strahlensplitter ein, werden von einem Polarisator gemischt, und der zweite gemischte Strahl wird dann so auf eine zweite Nadelstichpore fokussiert, dass sich die Subwellenlängenstreustelle in der Ebene der zweiten Nadelstichpore im Fokus befindet. Die Größe der vorher ausgewählten Entfernung der Subwellenlängenöffnung und der Subwellenlängenstreustelle, die Größe der zweiten Nadelstichpore und die Auflösung des Abbildungssystems der Subwellenlängenstreustelle, das ein Bild auf der zweiten Nadelstichpore erzeugt, werden so ausgewählt, dass ein deutlich reduzierter Teil des Rückstrahls durch die zweite Nadelstichpore geleitet wird. Ein Teil des fokussierten zweiten Mischstrahls wird durch die zweite Nadelstichpore geleitet und bevorzugt von einem Quantenphotonendetektor nachgewiesen, um ein zweites elektrisches Interferenzsignal zu generieren.
Die Amplitude und Phase des zweiten Interferenzsignals werden gemessen und die gemessene Amplitude und Phase des zweiten Interferenzsignals werden verwendet, um die Effekte des ersten Hintergrundrückstrahls auf die gemessene Amplitude und Phase des ersten elektrischen Interferenzsignals zu kompensieren.
Die gemessene Amplitude und Phase des kompensierten ersten elektrischen Interferenzsignals werden zur Festlegung der Amplitude und Phase des Nahfeld-Rücksondenstrahls analysiert. Als Nächstes wird das Objekt abgetastet und eine resultierende Gruppe von festgestellten Amplituden und Phasen des Nahfeld-Rücksondenstrahls erzielt und anschließend auf Information über die Entfernung zwischen der Subwellenlängenöffnung im Leiter und dem Objektmaterial und auf Information über die Struktur des Objektmaterials analysiert.
Der Abtastvorgang des Objektes kann entweder ein Schritt- und Wiederholungsmodus oder ein kontinuierlichen Modus sein. Für einen kontinuierlichen Abtastmodus wird die Quelle vorzugsweise gepulst.
In weiteren Ausführungen werden die Subwellenlängenöffnung, die Subwellenlängenstreustelle, die erste Nadelstichprobe, die zweite Nadelstichprobe und der Detektor durch Gruppen von Subwellenlängenöffnungen, Subwellenlängenstreustellen, ersten Nadelstichporen, zweiten Nadelstichporen und Detektorpixel ersetzt. In bestimmten anderen Ausführungen fällt der Messstrahl auf die Subwellenlängenöffnung(en) und Subwellenlängenstreustelle(n) mit einem großen Einfallswinkel ein.
In einer weiteren Ausführung ist das Probenobjekt ein optisches Aufzeichnungsmedium. Z.B. kann das Objektmaterial ein magnetooptisches Material enthalten, und der Nahfeld-Rücksondenstrahl wird gemessen, um den Status der Magnetisierung der magnetooptischen Bereiche zu bestimmen, die das als optisches Aufzeichnungsmedium verwendete magnetooptische Material enthalten. Daten werden auf dem magnetooptischen Material durch lokales Aufheizen des magnetooptischen Materials mit den Nahfeldsondenstrahlen in Anwesenheit eines magnetischen Feldes gespeichert.
Ausführungen des Mikroskopiesystems könnten jedes der folgenden Merkmale beinhalten.
Die Optik und der Strahlensplitter können positioniert werden, um zumindest einen Teil des Referenzstrahls und zumindest einen Teil des Nahfeldsignalstrahls so zu lenken, dass sie am Detektorelement interferieren.
Die Probe kann einen Teil des Nahfeldsondenstrahls weiterleiten, um den Nahfeldsignalstrahl zu definieren. Das System kann weiterhin eine zweite Maske enthalten, die positioniert ist, um den Nahfeldsignalstrahl zu empfangen, wobei die zweite Maske eine Öffnung mit einer kleineren Dimension als die Wellenlänge des Eingangstrahls besitzt, worin die Öffnung in der zweiten Maske konfiguriert ist, um den Nahfeldsignalstrahl mit der Optik zu koppeln. Die Optik kann einen Raumfilter, positioniert vor dem Detektor, enthalten, wobei der Raumfilter eine Nadelstichpore enthält, die zum Detektorelement ausgerichtet ist, und Abbildungsoptik, die positioniert ist, um zumindest eine Teil des Nahfeldsignalstrahls auf die Nadelstichpore abzubilden. Z.B. kann der Teil des Nahfeldsignalstrahls, der auf der Nadelstichpore abgebildet wird, der sein, der aus der Öffnung in der zweiten Maske austritt.
Alternativ kann die Probe zumindest einen Teil des Nahfeldsondenstrahls streuen, um den Nahfeldsignalstrahl zu bestimmen, und die Maskenöffnung kann konfiguriert werden, um den Nahfeldsignalstrahl mit der Optik zu koppeln. Darüber hinaus kann die Maskenöffnung einen anderen Teil des Messstrahls streuen, um den Hintergrundrückstrahl zu bestimmen, und die Optik kann zumindest einen Teil des Referenzstrahls, zumindest einen Teil des Nahfeldsignalstrahls und zumindest einen Teil des Hintergrundrückstrahls so lenken, dass sie am Detektorelement interferieren. In einem solchen Fall kann die Maske weiterhin eine Streustelle benachbart zur Öffnung enthalten, wobei die Streustelle eine kleinere Dimension als die Wellenlänge des Eingabestrahls besitzt. Während der Operation streut die Streustelle einen zusätzlichen Teil des Messstrahls, um einen zweiten Hintergrundrückstrahl zu definieren, enthält der Detektor ein zweites auf optische Energie reagierendes Element, und ist die Optik positioniert, um einen anderen Teil des Referenzstrahls und zumindest einen Teil des zweiten Hintergrundstrahls so zu lenken, dass sie am zweiten Detektorelement interferieren.
Darüber hinaus kann die Optik einen vor dem Detektor positionierten Raumfilter enthalten, wobei der Raumfilter eine Nadelstichpore enthält, die zum Detektor ausgerichtet ist, und Abbildungsoptik. Die positioniert ist, um zumindest einen Teil des aus der Öffnung auf der Nadelstichpore austretenden Nahfeldsignalstrahls abzubilden. Da wo die Maske eine Streustelle enthält, kann die Optik einen vor dem Detektor positionierten Raumfilter enthalten, wobei die Nadelstichpore zum zweiten Detektorelement ausgerichtet ist, und eine Abbildungsoptik, die positioniert ist, um zumindest einen Teil des aus der Öffnung auf der ersten Nadelstichpore austretenden Nahfeldsignalstrahls und zumindest einen Teil des zweiten aus der Streustelle auf der Nadelstichpore austretenden Hintergrundrückstrahls abzubilden. Die Optik kann weiterhin ein Referenzobjekt enthalten, das positioniert ist, um den Referenzstrahl zum Detektor hin zurückzuleiten, wobei das Referenzobjekt erste und zweite Reflexionsstellen besitzt, die eine kleiner Dimension als die Wellenlänge des Eingangstrahls besitzen. Die Abbildungsoptik bildet dann weiterhin einen ersten Teil des Referenzstrahls ab, der von der ersten Reflexionsstelle auf der ersten Nadelstichpore reflektiert wurde, und einen zweiten Teil des Referenzstrahls, der von der zweiten Reflexionsstelle auf der zweiten Nadelstichpore reflektiert wurde.
Die Maske kann eine Vielzahl von Öffnungen enthalten, die jede eine kleinere Dimension als die Wellenlänge des Eingangsstrahls besitzt, worin jede Öffnung konfiguriert ist, um einen Teil des Messstrahls mit der Probe zu koppeln, um für die Öffnung einen Nahfeldsondenstrahl zu definieren, wobei die Probe mit den Nahfeldsondenstrahlen interagiert, um entsprechende Nahfeldsignalstrahlen zu definieren. In so einem Fall enthält der Detektor eine Vielzahl von Elementen, wobei jedes auf optische Energie reagiert, jeder Nahfeldsignalstrahl ein entsprechendes Detektorelement besitzt, und die Optik zumindest einen Teil des Nahfeldsignalstrahls und einen Teil des Referenzstrahls leitet, um am entsprechenden Detektorelement zu interferieren.
Die Maske kann eine Vielzahl von Öffnungen enthalten, die jede eine kleinere Dimension als die Wellenlänge des Eingangsstrahls besitzt, worin jede Öffnung konfiguriert ist, um einen Teil des Messstrahls mit der Probe zu koppeln, um einen Sondenstrahl für die Öffnung zu definieren, und einen anderen Teil des Messstrahls zu streuen, um einen Hintergrundrückstrahl für die Öffnung zu definieren, und koppelt zumindest einen Teil des Sondenstrahls, der von der Probe durch sie selbst zurückgestreut wird, um einen Nahfeldsignalstrahl für die Öffnung zu definieren. In so einem Fall kann die Maske weiterhin eine Vielzahl von Streustellen mit einer Dimension kleiner als die Wellenlänge des Eingangstrahls enthalten, wobei jede Streustelle benachbart zu einer der Öffnungen ist, worin jede Streustelle konfiguriert ist, um einen Teil des Messstrahls zu streuen, um einen zweiten Hintergrundrückstrahl zu definieren. Der Detektor enthält dann eine Vielzahl von Elementen, wobei jedes auf optische Energie reagiert, jeder Nahfeldsignalstrahl ein entsprechendes Detektorelement besitzt und jeder Hintergrundrückstrahl ein anderes entsprechendes Detektorelement hat, und die Optik zumindest einen Teil jedes Nahfeldsignalstrahls und einen Teil des Referenzstrahls lenkt, um am entsprechenden Detektorelement zu interferieren, und zumindest einen Teil jedes Hintergrundstrahls und einen anderen Teil des Referenzstrahls, um am anderen entsprechenden Detektorelement zu interferieren.
Die Optik im Mikroskopiesystem kann ein konfokales Abbildungssystem festlegen.
Das System kann weiterhin eine Plattform zur Unterstützung der Probe enthalten und zumindest einen von beiden, einen Scanner oder einen Schrittmotor, die mit der Plattform verbunden sind, um die Position der Probe relativ zum Nahfeldsondenstrahl zu justieren. Das System kann weiterhin einen elektronischen Prozessor enthalten, der mit dem Detektor verbunden ist und zumindest einen von beiden, einen Scanner oder Schrittmotor, worin der Prozessor während der Operation zumindest ein vom Detektorelement erzeugtes Signal als Funktion der relativen Plattformposition analysiert. Das System kann weiterhin eine gepulste Quelle enthalten, die während der Operation den Eingangsstrahl erzeugt, worin der elektronische Prozessor mit der gepulsten Quelle verbunden ist, um die Plattformjustierungen zu synchronisieren.
Der Strahlensplitter und die Maske können positioniert werden, um den Messstrahl zu veranlassen, die Maske mit einem hauptsächlich normalen Einfall zu kontaktieren. Alternativ können der Strahlensplitter und die Maske positioniert werden, um den Messstrahl zu veranlassen, die Maske mit einem Einfallswinkel größer als 10° zu kontaktieren.
Die Öffnung kann durch ein Loch in der Maske festgelegt werden. Alternativ kann die Maske ein erstes Material mit einem ersten komplexen Brechungsindex und ein zweites Material mit einem zweiten komplexen Brechungsindex enthalten, der unterschiedlich zum ersten komplexen Brechungsindex ist, wobei das zweite Material die Öffnung bestimmt. Die Maske kann auch ein erstes reflektierendes Material und ein zweites dielektrisches Material enthalten, das die Öffnung festlegt. Wo die Maske eine Streustelle enthält, kann die Maske auch ein reflektierendes erstes Material und ein zweites Material mit optischen Eigenschaften enthalten, die sich von denen des ersten Materials unterscheiden, wobei das zweite Material die Streustelle bestimmt.
Das System kann weiterhin einen Phasenschieber enthalten, der positioniert ist, um die Phase des Referenzstrahls relativ zur Phase des Messstrahls zu verschieben. Z.B. kann der Phasenschieber entlang des Pfades des Referenzstrahls positioniert werden. Das System kann weiterhin einen an den Detektor und den Phasenschieber gekoppelten elektronischen Prozessor enthalten, worin der elektronische Prozessor während der Operation die Phasenverschiebung festlegt, abgegeben vom Phasenschieber an jeden der vielfachen Werte, und ein vom Detektorelement erzeugtes Signal für jeden der vielfachen Werte analysiert.
Wo die Maske zumindest eine Öffnung und zumindest eine Streustelle enthält, kann das System weiterhin einen Phasenschieber enthalten, der positioniert ist, um die Phase des Referenzstrahls relativ zur Phase des Messstrahls zu verschieben, und einen an den Detektor gekoppelten elektronischen Prozessor und einen Phasenschieber, worin der elektronische Prozessor während der Operation die Phasenverschiebung festlegt, abgegeben vom Phasenschieber an jeden der vielfachen Werte, und ein sowohl vom ersten als auch dem zweiten Detektor für jeden der vielfachen Werte erzeugtes Signal analysiert. Z.B. können die vielfachen Phasenverschiebungswerte zumindest vier Phasenverschiebungswerte enthalten, wobei diese Werte etwa χ₀, χ₀+π, χ₀+π/2, und χ₀+3π/2 Winkeln im Bogenmaß entsprechen, wobei χ₀ irgendein konstanter Wert ist. In so einem Fall bestimmt der Analysator sowohl für die ersten als auch die zweiten Detektorelemente eine erste Differenz zwischen den Signalen, entsprechend den Phasenverschiebungswerten χ₀ und χ₀+π, und einen zweite Differenz zwischen den Signalen, entsprechend den Phasenverschiebungswerten χ₀+π/2 und χ₀+3π/2. Der elektronische Prozessor kann basierend auf den ersten und zweiten Differenzsignalen für jeden der Detektorelemente eine komplexe Amplitude für den Nahfeldsignalstrahl festlegen. Darüber hinaus kann der Analysator die komplexe Amplitude des Nahfeldsignalstrahls verwenden, um eine physikalische Eigenschaft der Probe an der vom Probenstrahl beleuchteten Stelle ableiten.
In weiteren, einen Phasenschieber enthaltenden Ausführungen, kann das System weiterhin einen mit dem Detektor und dem Phasenschieber gekoppelten elektronischen Prozessor enthalten, worin der elektronische Prozessor während der Operation die vom Phasenschieber abgegebene Phasenverschiebung χ veranlasst, gemäß χ=χ₀+χ₁cosωt, wobei χ₁≠0, t die Zeit, und ω die Modulationsfrequenz ist, und ein vom Detektorelement mit Bezug auf die Modulationsfrequenz erzeugtes Signal analysiert.
Das System kann weiterhin einen zweiten Detektor enthalten, der ein auf optische Energie reagierendes Element besitzt, worin zumindest einer von beiden, die Optik oder der Strahlensplitter positioniert ist, um einen anderen Teil des Referenzstrahls und einen anderen Teil des Nahfeldsignalstrahls so zu lenken, dass sie am Detektorelement des zweiten Detektors interferieren. In so einem Fall kann der erste und zweite Detektor erste und zweite Erkennungskanäle für das System bestimmen. Das System kann weiterhin einen ersten Phasenschieber enthalten, der positioniert ist, um die Phase des Referenzstrahls relativ zur Phase des Messstrahls zu verschieben; einen zweiten Phasenschieber, der positioniert ist, um die Phase des anderen Teils des Referenzstrahls relativ zum anderen Teil des Nahfeldsignalstrahls zu verschieben; und einen an die Phasenschieber gekoppelten elektronischen Prozessor.
Das System kann weiterhin eine Quelle zur Generierung des Eingangstrahles enthalten. Darüber hinaus kann die Quelle einen Modulator enthalten, der eine Frequenzdifferenz ω zwischen zwei Komponenten des Eingangstrahls erzeugt, wobei die Frequenzdifferenz ω eine Phasendifferenz ωt zwischen zwei Komponenten des Eingangsstrahls erzeugt und wobei t die Zeit ist. Das System kann weiterhin einen mit dem Detektor und dem Modulator gekoppelten elektronischen Prozessor enthalten, worin der elektronische Prozessor ein vom Detektor erzeugtes Signal mit Bezug auf die Phasendifferenz ωt analysiert. Darüber hinaus kann die Quelle eine gepulste Quelle sein, worin der Prozessor mit der gepulsten Quelle gekoppelt ist, um die Signalanalyse mit der Phasendifferenz ωt zu synchronisieren. Außerdem kann die Quelle den Eingangsstrahl veranlassen, eine von mehreren Wellenlängen zu besitzen. In so einem Fall kann das System weiterhin einen elektronischen mit dem Detektor und der Quelle gekoppelten Prozessor enthalten, worin der der elektronische Prozessor ein vom Detektor für jede der vielfachen Wellenlängen des Eingangsstrahls erzeugtes Signal analysiert.
Das System kann weiterhin eine entlang des Pfades des Eingangsstrahls positionierte Verzögerungsplatte enthalten, die konfiguriert ist, um die Polarisation des Eingangsstrahls einstellbar zu kontrollieren. In so einem Fall kann das System weiterhin einen mit dem Detektor und der Verzögerungsplatte verbundenen elektronischen Prozessor enthalten, worin der elektronische Prozessor die Verzögerungsplatte während der Operation veranlasst, jede der vielfachen Polarisationen dem Eingangsstrahl zu verleihen, und ein vom Detektorelement für jede der vielfachen Polarisationen generiertes Signal zu analysieren.
Eine andere Ausführung der Erfindung stattet ein Lithographiesystem mit Merkmalen zur Verwendung bei der Fabrikation integrierter Schaltkreise auf einer Halbleiterscheibe mit Ausrichtungsmarkierungen aus. Das System enthält: eine Plattform zur Unterstützung der Halbleiterscheibe; ein Beleuchtungssystem zur Abbildung räumlich gemusterter Strahlung auf einer Halbleiterscheibe; ein Positionierungssystem zur Justierung der Position der Plattform relativ zur abgebildeten Strahlung und zu den Ausrichtungsmerkmalen; und ein oben beschriebenes, interferometrisches, optisches Nahfeldmikroskopiesystem, das mit dem Positionierungssystem zur Identifikation der Position der Ausrichtungsmarkierungen auf der Halbleiterscheibe gekoppelt ist.
Eine andere Ausführung der Erfindung stattet ein Strahlenschreibsystem mit Merkmalen zur Verwendung bei der Fabrikation einer Lithographiemaske aus. Das System enthält:
eine Quelle, die einen Schreibstrahl zur Musterung eines Substrates liefert; eine Plattform zur Unterstützung des Substrates; eine Strahlungslenkungsanordnung zur Lieferung des Schreibstrahls an das Substrat; ein Positionierungssystem zur Positionierung der Plattform und der Strahlungslenkungsanordnung relativ zueinander; und das oben beschriebene, interferometrische, optische Nahfeldmikroskopiesystem zur Messung des Oberflächenprofils des gemusterten Substrats.
Eine andere Ausführung der Erfindung stattet ein Maskeninspektionssystem aus, das enthält: das oben beschriebene, interferometrische, optische Nahfeldmikroskopiesystem zur Messung der Oberflächeneigenschaften einer gefertigten Maske; und ein mit dem Mikroskopiesystem gekoppeltes elektronisches Verarbeitungssystem, das die Oberflächeneigenschaften der gefertigten Maske während der Operation mit gespeicherten Date vergleicht. In einer Ausführung werden die gespeicherten Daten von Daten abgeleitet, die zur Produktion der gefertigten Maske verwendet wurden. In einer anderen Ausführung werden die gespeicherten Daten aus einer Messung einer anderen gefertigten Maske durch das Mikroskopiesystem abgeleitet.
Es wurde auch ein Mikroskopieverfahren zur Messung von Oberflächeneigenschaften einer Probe veröffentlicht, das enthält: Trennung eines Eingangstrahls in einen Messstrahl und einen Referenzstrahl; Lenkung des Referenzstrahls zu einer Maske, die zumindest eine Öffnung besitzt, die eine kleinere Dimension als die Wellenlänge des Eingangsstrahls hat, worin die Maskenöffnung zumindest einen Teil des Messstrahls mit der Probe koppelt, um einen Nahfeldsondenstrahl zu bestimmen, wobei die Probe mit dem Nahfeldsondenstrahl interagiert, um einen Nahfeldsignalstrahl zu bestimmen; und Messung der optischen Interferenz zwischen zumindest einem Teil des Referenzstrahlsund zumindest einem Teil des Signalstrahls. Das Mikroskopieverfahren kann weiterhin Merkmale enthalten, die jedem der Merkmale des oben beschriebenen, interferometrischen, optischen Nahfeldmikroskopiesystems entsprechen.
Eine weitere Ausführung der Erfindung stattet ein Untersuchungsverfahren, das die Verwendung des oben beschriebenen Mikroskopie-Verfahren enthält, mit Merkmalen aus, um die Oberflächeneigenschaften der Probe zu messen, und die Oberflächeneigenschaften mit Referenzdaten zu vergleichen. Z.B. kann die Probe eine Maske, eine vergrößernde Maske und eine gemusterter Halbleiter sein.
Weiterhin wurde ein optisches Speichersystem veröffentlicht, das enthält: einen Strahlensplitter, der positioniert ist, um einen Eingangsstrahl in einen Messstrahl und einen Referenzstrahl aufzuteilen; eine Maske, die positioniert ist, den Messstrahl zu empfangen, wobei die Maske zumindest eine Öffnung mit einer kleineren Dimension als die Wellenlänge des Eingangsstrahls besitzt, worin die Maskenöffnung konfiguriert ist, um zumindest einen Teil des Messstrahls mit einem optischen Speichermedium zu koppeln, um einen Nahfeldsondenstrahl zu bestimmen, wobei das Speichermedium mit dem Nahfeldsondenstrahl interagiert, um einen Nahfeldsignalstrahl zu bestimmen; einen Detektor, der ein auf optische Energie reagierendes Element besitzt; und Optik, die positioniert ist, um zumindest einen Teil des Referenzstrahls und einen Teil des Nahfeldsignalstrahls zu lenken, um am Detektorelement zu interferieren.
Ausführungen des optischen Speichersystems könnten jede der folgenden Merkmale enthalten.
Das System kann weiterhin einen mit dem Detektor gekoppelten elektronischen Prozessor enthalten, worin der elektronische Prozessor vom Detektor erzeugte Signale während der Operation analysiert, um einen Speicherzustand des optischen Speichersystems, am Ort der vom Nahfeldsondenstrahl beleuchtet wird, zu bestimmen.
Das System kann weiterhin einen zweiten Detektor enthalten, der ein auf optische Energie reagierendes Element besitzt, worin die Optik positioniert ist, um einen zweiten Teil des Referenzstrahls und einen zweiten Teil des Nahfeldsignalstrahls zu lenken, um am Element des zweiten Detektors zu interferieren. In so einem Fall kann die Optik den zuerst erwähnten Teil des Referenzstrahls und den zweiten Teil des Referenzstrahls veranlassen, unterschiedliche Polarisationen zu haben, und den zuerst erwähnten Teil des Nahfeldsignalstrahls und den zweiten Teil des Nahfeldsignalstrahls unterschiedliche Polarisationen zu haben. Z.B. kann die Optik einen Polarisierungsstrahlensplitter enthalten, der positioniert ist, um den zuerst erwähnten Teil des Referenzstrahls vom zweiten Teil des Referenzstrahls zu trennen und den zuerst erwähnten Teil des Nahfeldsignalstrahls vom zweiten Teil des Nahfeldsignalstrahls zu trennen. Die Optik kann weiterhin eine Verzögerungsplatte enthalten, z.B., eine Halbwellenplatte, wobei der Polarisierungsstrahlensplitter zwischen der Verzögerungsplatte und den Detektoren positioniert ist.
Das System kann auch in Ausführungen mit ersten und zweiten Detektoren weiterhin einen mit dem zuerst erwähnten Detektor und dem zweiten Detektor gekoppelten elektronischen Prozessor enthalten, worin der elektronische Prozessor von den Detektoren erzeugte Signale während der Operation analysiert, um einen Speicherzustand des optischen Speichermediums, am Ort der vom Nahfeldsignalstrahl beleuchtet wird, zu bestimmen.
Das System kann weiterhin das optische Speichermedium enthalten, worin das optische Speichermedium vielfache Bereiche hat, wobei zumindest einige der Bereiche die Polarisation des einfallenden Strahls ändern. Z.B. kann das optische Speichermaterial ein magnetooptisches Material sein.
Das System kann weiterhin das optische Speichermedium enthalten, worin das optische Speichermedium vielfache Bereiche hat, wobei zumindest einige der optischen Bereiche durch eine Variation im komplexen Brechungsindex bestimmt werden.
Das optische Speichermedium kann einen Teil des Nahfeldsondenstrahls weiterleiten, um einen Nahfeldsignalstrahl zu bestimmen. Das System kann weiterhin eine zweite Maske enthalten, die positioniert ist, um den Nahfeldsignalstrahl zu empfangen, wobei die zweite Maske zumindest eine Öffnung mit einer kleineren Dimension als die Wellenlänge des Eingangsstrahls besitzt, worin die Öffnung in der zweiten Maske positioniert ist, um den Nahfeldsignalstrahl mit der Optik zu koppeln. Die Optik kann einen Raumfilter enthalten, der vor dem Detektor positioniert ist, wobei der Raumfilter eine mit dem Detektorelement in einer Linie befindliche Nadelstichpore enthält, und Abbildungsoptik, die positioniert ist, um zumindest einen Teil des Nahfeldsignalstrahls auf der Nadelstichpore abzubilden. Z.B. kann der auf der Nadelstichpore abgebildete Teil des Nahfeldsignalstrahls der sein, der aus der Öffnung in der zweiten Maske austritt.
Alternativ kann das optische Speichermedium zumindest einen Teil des Nahfeldsondenstrahls streuen, um den Nahfeldsignalstrahl zu bestimmen, und die Maskenöffnung kann konfiguriert werden, um den Nahfeldsignalstrahl mit der Optik zu koppeln. In so einem Fall können die Optik und der Strahlensplitter positioniert werden, um zumindest einen Teil des Referenzstrahls und zumindest einen Teil des Nahfeldsignalstrahls zu lenken, um am Detektorelement zu interferieren.
Darüber hinaus kann die Maskenöffnung einen anderen Teil des Messstrahls streuen, um einen Hintergrundrückstrahl zu bestimmen, und die Optik kann zumindest einen Teil des Referenzstrahls, zumindest einen Teil des Nahfeldsignalstrahls und zumindest einen Teil des Hintergrundrückstrahls lenken, um am Detektorelement zu interferieren. In so einem Fall kann die Maske weiterhin eine Streustelle benachbart zur Öffnung enthalten, wobei die Streustelle eine kleinere Dimension als die Wellenlänge des Eingangsstrahls besitzt. Während der Operation streut die Streustelle einen zusätzlichen Teil des Messstrahls, um einen zweiten Hintergrundrückstrahl zu bestimmen, der Detektor enthält ein zweites auf optische Energie reagierendes Element, und die Optik ist positioniert, einen anderen Teil des Referenzstrahls und zumindest einen Teil des Hintergrundrückstrahls zu lenken, um am zweiten Detektorelement zu interferieren.
Die Maske kann eine Vielzahl von Öffnungen mit einer kleineren Dimension als die Wellenlänge des Eingangsstrahls enthalten, worin jede Öffnung konfiguriert ist, um einen Teil des Messstrahls mit dem optischen Speichermedium zu koppeln, um einen Nahfeldsondenstrahl für die Öffnung zu bestimmen, wobei das das optische Speichermedium mit dem Nahfeldsondenstrahlen interagiert, um entsprechende Nahfeldsignalstrahlen zu bestimmen. In so einem Fall enthält der Detektor eine Vielzahl von Elementen, jedes auf optische Energie reagierend, wobei jeder Nahfeldsignalstrahl ein entsprechendes Detektorelement besitzt, und Optik zumindest einen Teil jedes Nahfeldsignalstrahls und einen Teil des Referenzstrahls lenkt, um am entsprechenden Detektorelement zu interfeeieren.
In Ausführungen mit den ersten und zweiten Detektoren, kann die Maske eine Vielzahl von Öffnungen enthalten, wobei jede eine kleinere Dimension als die Wellenlänge des Einfallstrahls besitzt, worin jede Öffnung konfiguriert ist, um einen Teil des Messstrahls mit dem optischen Speichermedium zu koppeln, um einen Nahfeldsondenstrahl für die Öffnung zu bestimmen, wobei das optische Medium mit den Nahfeldsondenstrahlen interagiert, um entsprechende Nahfeldsignalstrahlen zu bestimmen. Die ersten und zweiten Detektoren enthalten dann jeder eine Vielzahl von Elementen, jedes auf optische Energie reagierend, wobei jeder Signalstrahl für jeden der ersten und zweiten Detektoren ein entsprechendes Detektorelement besitzt, und die Optik lenkt einen ersten Teil des Nahfeldsignalstrahls und einen ersten Teil des Referenzstrahls, um am entsprechenden Detektorelement für den ersten Detektor zu interferieren, und sie lenkt einen zweiten Teil jedes Nahfeldsignalstrahls und einen zweiten Teil des Referenzstrahls, um am entsprechenden Detektorelement des zweiten Detektors zu interferieren.
Die Optik in dem System kann ein konfokales Abbildungssystem festlegen.
Die Optik kann einen Raumfilter enthalten, der vor dem Detektor positioniert ist, wobei der Raumfilter eine Nadelstichpore, auf einer Linie mit dem Detektorelement angeordnet, enthält, und die Abbildungsoptik positioniert ist, um zumindest einen Teil des aus der Öffnung auf der Nadelstichpore austretenden Nahfeldsignalstrahls abzubilden.
Das System kann weiterhin eine Plattform zur Unterstützung des optischen Speichermediums enthalten und zumindest einen von beiden, einen Scanner oder Schrittmotor, der mit der Plattform verbunden ist, um die Position des optischen Speichermediums relativ zum Nahfeldsondenstrahl zu justieren. Das System kann weiterhin einen mit dem Detektor und zumindest einem von beiden, dem Scanner oder Schrittmotor, verbundenen elektronischen Prozessor enthalten, worin der elektronische Prozessor während der Operation zumindest ein vom Detektorelement generiertes Signal als eine Funktion der relativen Plattformposition analysiert. Darüber hinaus kann das System eine gepulste Quelle enthalten, die während der Operation einen Eingabestrahl erzeugt, worin der elektronische Prozessor mit der gepulsten Quelle gekoppelt ist, um die Plattformjustierungen zu synchronisieren.
Der Strahlensplitter und die Maske können in dem System positioniert werden, um den Messstrahl zu veranlassen, die Maske mit einem normalen Einfallswinkel zu kontaktieren. Alternativ können der Strahlensplitter und die Maske positioniert werden, um den Messstrahl zu veranlassen, die Maske mit einem Einfallswinkel größer als 10° zu kontaktieren.
Die Öffnung kann durch ein Loch in der Maske festgelegt werden. Alternativ kann die Maske ein erstes Material mit einem ersten komplexen Brechungsindex enthalten und ein zweites Material mit einem, zum ersten komplexen Brechungsindex verschiedenen, zweiten komplexen Brechungsindex enthalten, wobei das zweite Material die Öffnung festlegt. Die Maske kann auch einen Hohlleiter enthalten, der die Öffnung festlegt. Die Maske kann auch ein erstes reflektierendes Material und ein zweites dielektrisches Material, das die Öffnung festlegt, enthalten. Die Maske kann auch dann, wenn die Maske eine Streustelle enthält, ein reflektierendes erstes Material und ein zweites Material mit Eigenschaften enthalten, die sich von denen des ersten Materials unterscheiden, wobei das zweite Material die Streustelle festlegt.
Das System kann weiterhin einen Phasenschieber enthalten, der positioniert ist, um die Phase des Referenzstrahls relativ zur Phase des Messstrahls zu verschieben. Z.B. kann der Phasenschieber entlang des Pfades des Referenzstrahls positioniert sein. Das System kann weiterhin einen mit dem Detektor und dem Phasenschieber gekoppelten, elektronischen Prozessor enthalten, worin der elektronische Prozessor während der Operation die vom Phasenschieber an jeden der vielfachen Werte abgegebene Phasenverschiebung festlegt und ein vom Detektorelement für jeden der vielfachen Werte generiertes Signal analysiert. Das System kann auch weiterhin einen mit dem Detektor und dem Phasenschieber gekoppelten, elektronischen Prozessor enthalten, worin der elektronische Prozessor die vom Phasenschieber abgegebene Phasenverschiebung χ während der Operation veranlasst, gemäß χ=χ₀+χ₁cosωt,wobei χ₁≠0, t die Zeit ist, und ω die Modulationsfrequenz ist, moduliert zu werden, und er analysiert ein vom Detektorelement mit Bezug auf die Modulationsfrequenz generiertes Signal.
Das System kann weiterhin eine Quelle zur Generierung des Eingabestrahls enthalten. Z.B. kann die Quelle einen Modulator enthalten, der eine Differenzfrequenz ω zwischen zwei Komponenten des Eingabestrahls produziert. Die Quelle könnte auch die zwei Komponenten des Eingabestrahls veranlassen, orthogonale Polarisationen zu besitzen. Das System kann weiterhin einen mit dem Detektor und dem Modulator gekoppelten, elektronischen Prozessor enthalten, worin die Frequenzdifferenz ω eine Phasendifferenz ωt zwischen den zwei Komponenten des Eingabestrahls erzeugt, wobei t die Zeit ist, und worin der Prozessor ein vom Detektor mit Bezug auf die Phasendifferenz ωt erzeugtes Signal analysiert. Die Quelle kann eine gepulste Quelle sein, worin der elektronische Prozessor mit der gepulsten Quelle gekoppelt ist, um die Signalanalyse mit der Phasendifferenz ωt zu synchronisieren.
Das System kann weiterhin eine Quelle für den Eingangsstrahl enthalten und die Quelle den Eingangsstrahl veranlassen, eine von vielfachen Wellenlängen zu besitzen. Darüber hinaus kann das System einen mit dem Detektor und der Quelle gekoppelten, elektronischen Prozessor enthalten, worin der elektronische Prozessor ein vom Detektor für jedes der vielfachen Wellenlängen des Eingangsstrahls produziertes Signal analysiert.
Das System kann weiterhin eine Verzögerungsplatte enthalten, die entlang des Pfades des Eingangsstrahls positioniert ist und konfiguriert ist, um die Polarisation des Eingangstrahls justierbar zu kontrollieren. Das System kann weiterhin einen mit dem Detektor und der Verzögerungsplatte gekoppelten, elektronischen Prozessor enthalten und worin der elektronische Prozessor die Verzögerungsplatte veranlasst, jede der vielfachen Polarisationen dem Eingangstrahl zuzuteilen und er analysiert ein vom Detektorelement für jede der vielfachen Polarisationen erzeugtes Signal.
Das System kann weiterhin folgendes enthalten: eine Quelle für den Eingangsstrahl; einen zum optischen Speichermedium benachbarten Elektromagneten; und eine Schreibstrahlquelle, die positioniert ist, um zumindest einen Teil eines Schreibstrahls zur Maskenöffnung zu lenken, wobei die Maske konfiguriert ist, um zumindest einen Teil des Schreibstrahls mit dem optischen Speichermedium zu koppeln, um einen Nahfeldschreibstrahl zu bestimmen. In so einem Fall kann das optische Speichermedium ein magnetooptisches Material sein, und das System kann weiterhin einen mit jedem Elektromagneten gekoppelten, elektronischen Kontroller enthalten und die Schreibstrahlquelle, um kontrollierbar die Umkehrung eines vom Nahfeldschreibstrahl beleuchteten magnetooptischen Bereiches im optischen Speichermedium zu veranlassen. Das System kann weiterhin ein optisches Speichermedium enthalten. In einigen Ausführungen kann die Schreibstrahlquelle justierbar die Detektorposition einnehmen, um dadurch der Optik justierbar zu erlauben zumindest einen Teil des Schreibstrahls zur Maskenöffnung zu lenken. Der Nahfeldsignalstrahl kann mit dem Nahfeldsondenstrahl interferieren, um die Umkehrung des magnetooptischen Bereichs zu veranlassen.
In der weiteren Veröffentlichung wird dort ein Verfahren zum Lesen von Information von einem optischen Speichermedium im Detail beschrieben, wobei es enthält: die Trennung eines Eingabestrahls in einen Mess- und Referenzstrahl; die Lenkung des Messstrahls zu einer Maske, die zumindest eine Öffnung mit einer kleineren Dimension als die Wellenlänge des Eingabestrahls besitzt, worin die Maskenöffnung zumindest einen Teil des Messstrahls mit dem optischen Speichermedium koppelt, um einen Nahfeldsondenstrahl zu bestimmen, wobei das Speichermedium mit dem Nahfeldsondenstrahl interagiert, um einen Nahfeldsignalstrahl zu bestimmen; und die Messung der optischen Interferenz zwischen zumindest einem Teil des Referenzstrahls und zumindest einem Teil des Nahfeldsignalstrahls. Das Verfahren kann weiterhin Merkmale enthalten, die jedem der Merkmale des oben beschriebenen optischen Speichersystems entsprechen.
Es wird auch ein optisches Speichersystem in Erwägung gezogen, das folgendes enthält: eine Schreibstrahlenquelle, die zumindest einen Schreibstrahl liefert; eine Referenzstrahlenquelle, die zumindest einen Referenzstrahl liefert; ein optisches Speichermedium; eine Maske mit einer Öffnung, die positioniert ist, um zumindest einen Teil des zumindest einen Schreibstrahls und zumindest einen Teil des zumindest einen Referenzstrahls mit dem optischen Speichermedium zu koppeln, wobei die Öffnung eine kleinere Dimension als die Wellenlänge des zumindest einen Schreibstrahls besitzt; eine konfokales Abbildungssystem, das positioniert ist, um zumindest einen Schreibstrahl und zumindest einen Referenzstrahl mit der Maske zu koppeln; und einen Elektromagneten, der benachbart zum optischen Speichermedium positioniert ist. Das optische Speichermedium kann weiterhin einen Phasenschieber enthalten, der positioniert ist, um die Phase von zumindest einem Referenzstrahl relativ zu zumindest einem Schreibstrahl zu justieren. Die Maske kann vielfache Öffnungen enthalten, wobei jede eine kleinere Dimension als die Wellenlänge des zumindest einen Schreibstrahls zu besitzt.
Es wird auch ein optisches System beschrieben, das folgendes enthält: einen Strahlensplitter, der positioniert ist, um einen Eingabestrahl in einen Messstrahl und einen Referenzstrahl zu trennen; eine Maske, die positioniert ist, um den Messstrahl zu empfangen, wobei die Maske zumindest eine Öffnung mit einer kleineren Dimension als die Wellenlänge des Eingabestrahls besitzt, worin die die Maskenöffnung konfiguriert ist, um zumindest einen Teil des Messstrahls mit einer Probe zu koppeln, um einen Nahfeldsondenstrahl zu bestimmen, wobei die Probe mit dem Nahfeldsondenstrahl interagiert, umeinen Nahfeldsignalstrahl zu bestimmen; einen Detektor mit einem auf optische Energie reagierendem Element; und Optik, die positioniert ist, um zumindest einen Teil des Referenzstrahls und zumindest einen Teil des Nahfeldsignalstrahls zu lenken, um am Detektorelement zu interfreieren.
Ausführungen der Erfindung sollten jede der folgenden Vorteile erzielen.
Ein Vorteil ist, dass die interferometrische Analyse des Nahfeldsignalstrahls den Störabstand der Nahfeldinformation verbessern kann, d.h., die komplexen Amplituden der von einer Probe gestreuten/reflektierten Nahfeldstrahlen.
Ein anderer Vorteil ist, dass die interferometrische Analyse Änderungen in der Phase oder komplexen Amplitude der Nahfeldsignalstrahlen als eine Funktion der Probenlokalisierung aufzeigen kann.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die konfokalen Merkmale der Systeme und Verfahren Hintergrundbeiträge vom Signal des Interesses entfernen kann.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Systeme und Verfahren mit einem gepulsten optischen Eingabestrahl in einem kontinuierlichen Scannmodus arbeiten können.
Ein weiterer Vorteil ist, dass in den Ausführungen, die im Reflexionsmodus arbeiten, jede Maskenöffnung einen Nahfeldsignalstrahl mit der Probe koppelt und einen Nahfeldsignalstrahl in Richtung des Detektors einkoppelt.
Daher ist jede Maskenöffnung sowohl ein Sender als auch ein Empfänger für einen entsprechenden Nahfeldsignalstrahl, und verbessert dadurch die Seitenauflösung. Als ein weiteres Ergebnis sind die Ausbreitungsrichtungen der Komponenten jedes Nahfeldsondenstrahls, der einen entsprechenden Nahfeldsignalstrahl erzeugt, in einem gegebenen Volumenabschnitt der Probe substantiell dieselben, und sie vereinfachen dadurch unter Verwendung der komplexen Amplitude des Nahfeldsignalstrahls aus dem(n) Referenzstrahl(en) eine umgekehrte Berechnung der Eigenschaften der Probe.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Probe unter Verwendung hauptsächlich elektrischer und magnetischer Multipolnahfeldquellen niedriger Ordnung profiliert werden kann, d.h., Nahfeld-Sondenstrahlquellen mit einem elektrischen Dipol und zwei verschiedenen orthogonalen Orientierungen eines magnetischen Dipols.
Ein weiterer Vorteil ist, dass Effekte von Interferenztermen, verursacht durch einen Hintergrundstrahl, der von den Maskenöffnungen gestreut und/oder reflektiert wurde, kompensiert werden können. Die Interferenzterme können Interferenz zwischen dem Hintergrundstrahl und dem Referenzstrahl und dem Hintergrundstrahl und dem Nahfeldsignalstrahl enthalten.
Ein weiterer Vorteil ist, dass statistische Fehler in gemessenen Amplituden und Phasen der Nahfeldsignalstrahlen hauptsächlich dieselben sein können, wie auf Poisson-Statistiken der reflektierten/gestreuten Nahfeldsondenstrahlen basierende statistische Fehler. In anderen Worten, die gemessenen Amplituden und Phasen werden nicht signifikant durch die Anwesenheit von Hintergrundstrahlen degradiert.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Probeneigenschaften unter Verwendung multipler Wellenlängen analysiert werden können.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Trennung zwischen der Maske und der Probe variiert werden kann, um die radiale Abhängigkeit der Amplituden und Phasen von den Nahfeldsignalstrahlen zu messen.
Ein weiter Vorteil ist, dass die relative seitliche Position der Maske und der Probe variiert werden kann, um die Winkelabhängigkeit der Amplituden und Phasen von den Nahfeldsignalsstrahlen zu messen.
Ein weiter Vorteil ist, dass die räumliche Auflösung des Systems primär durch Dimensionen der Maskenöffnungen und ihrer Distanz von der Probe bestimmt wird, und sie ist nur leicht vom optischen System abhängig, das die aus den Maskenöffnungen zur Detektorgruppe austretenden Strahlen abbildet.
Ein weiterer Vorteil ist, dass das Probenscannen in einem "Schritt und Wiederholung" Modus oder in einem kontinuierlichem Scannmodus implementiert werden kann.
Ein weiterer Vorteil ist, dass eine Quelle des Nahfeldsondenstrahls eine gepulste Quelle sein könnte, die mit dem Probenscannen synchronisiert werden könnte.
Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die Verwendung einer Maske mit einer Gruppe von Öffnungen, vielfache Interferenztermen gemessen werden können, hauptsächlich gleichzeitig für eine eindimensionale oder eine zweidimensionale Gruppe von Stellen auf der Probe. Darüber hinaus stehen Hintergrundstörungen in den vielfachen Interferenztermen miteinander in Verbindung.
Ein weiterer Vorteil ist, dass ein gegebener Magnetisierungszustand in der Region der Probe, die von dem Nahfeldsondenstrahl beleuchtet wird, basierend auf der Polarisationsrotation des Nahfeldsignalstrahls gemessen werden kann.
Ein weiterer Vorteil ist, dass das System dazu verwendet werden kann, in ein optisches Datenspeichermedium, wie ein magnetooptisches Material, zu schreiben.
Ein weiterer Vorteil ist, dass das System eine Oberfläche und interne Schichten nahe der Oberfläche eines Objekts profilieren kann, wobei sie profiliert/abgebildet werden kann, ohne das Objekt zu kontaktieren.
Ein weiterer Vorteil ist, dass entweder optisch heterodyne, oder homodyne Techniken verwendet werden könnten, um die Amplituden und Phasen der Interferenztermen zwischen dem Referenzstrahl und dem Nahfeldsignalstrahlen zu messen.
Ein weiterer Vorteil ist, dass der komplexe Brechungsindex der Probe an einer vom Nahfeldsignalstrahl beleuchteten Stelle aus gemessenen Feldern der Interferenzdaten bestimmt werden kann, die den Nahfeldsignalstrahlen entsprechen, worin die Anzahl der Dimensionen der Felder eine oder zwei Dimensionen enthalten könnte, die einer oder zwei Dimensionen des Raumes entsprechen, einer Dimension für die räumliche Trennung der Maske und der Probe, eine Dimension für jede der Wellenlängen der Komponenten der Nahfeld-Sondenstrahlquelle, und eine Dimension für die Multipolcharakterisierung des Nahfeldprobenstrahls.
Ein weiterer Vorteil ist, dass vielfache Schichten von auf und/oder in einem optischen Speichermedium gespeicherten, optischen Daten durch Messung der Interferenzdaten für vielfache Trennungen zwischen der Maske und der Probe gelesen werden können.
Ein weiterer Vorteil ist, dass vielfache Schichten von auf und/oder in einem optischen Speichermedium gespeicherten, optischen Daten, hauptsächlich gleichzeitig durch die Messung der Interferenzdaten für vielfache Wellenlängen des Nahfeldsondenstrahls und/oder unterschiedliche Polarisationen des Nahfeldsondenstrahls, gelesen werden können.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Maske Subwellenlängenöffnungen in einer leitenden Schicht mit einer Subwellenlängendicke enthalten kann, Wellenlängen- und Subwellenlängen-Fresnelzonenplatte(n), Mikrolinsen, und/oder Gitterroste, um die Eigenschaften der(s) Nahfeldsondenstrahlen(s) zu ändern.
Ein weiterer Vorteil ist, dass eine Änderung in der Temperatur einer Stelle in oder auf der Probe als eine entsprechende Änderung im komplexen Wert des Brechungsindex entdeckt werden kann.
Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile folgen.
KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
In den Abbildungen werden verschiedene Ausführungen der Erfindung in Form eines Beispiels gezeigt, worin ähnliche Referenzzeichen ähnliche Elemente durch die verschiedenen Ansichten hindurch bezeichnen.
1a stellt in schematischer Form die erste Ausführung der vorliegenden Erfindung dar;
1b stellt in schematischer Form die erste Variante der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung dar;
1c stellt in schematischer Form die zweite Variante der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung dar;
1d stellt in schematischer Form die dritte Variante der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung dar;
2 stellt in schematischer Form die zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung dar;
3 stellt in schematischer Form die dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung dar;
4a stellt in schematischer Form die Linsenanordnung dar, die Objektivlinsen 26 des Typs Amici und Linsen 24 enthält, wie sie in der ersten Ausführung verwendet werden, und die Linsenanordnung enthält Objektivlinsen 26 des Typs Amici und Linsen 124, wie sie in der zweiten Ausführung verwendet werden.
4b stellt in schematischer Form ein leitendes Element 28 in Relation zum Objektmaterial 112 dar, das profiliert/abgebildet wird, und Winkelverteilungsfunktionen der elektrischen Fernfeldkomponenten, die mit einem elektrischen Dipol und einem magnetischen Dipol verbunden sind, die an einer Subwellenlängenöffnung 30 lokalisiert sind;
4c stellt in schematischer Form das Referenzobjekt 20R dar, das Objektivlinsen 26R des Typs Amici und Linsen 24R enthält, wie sie in der ersten Ausführung verwendet werden;
4d stellt in schematischer Form das Element 28 dar, das Reflexionselemente 30R und 32R enthält, die im Referenzobjekt 20R verwendet werden;
5 stellt in schematischer Form eine Bildebene 114 und Amplitudenverteilungsfunktionen für Bilder einer Subwellenlängenöffnung 30 und einer Subwellenlängenstreustelle 32 an entsprechenden Nadelstichporen in der Bildebene 114 dar;
6a stellt in schematischer Form die vierte Ausführung der vorliegenden Erfindung dar;
6b stellt in schematischer Form die Linsenanordnung der vierten Ausführung dar, die Objektivlinsen 326 des Typs Amici und Linsen 324 enthält;
6c stellt in schematischer Form für die vierte Ausführung ein leitendes Element 328 in Relation zum Objektmaterial 412 dar, das profiliert/abgebildet wird, und Winkelverteilungsfunktionen der elektrischen Fernfeldkomponenten mit einem elektrischen Dipol und einem magnetischen Dipol, die an der Subwellenlängenöffnung 330 liegen;
Die Abbildungen 7a–7c beziehen sich auf Lithographie und ihre Anwendung auf die Fertigung integrierter Schaltkreise, worin 7a eine schematische Darstellung eines Lithographiebelichtungssystems, das das interferometrische, konfokale Nahfeldmikroskopiesystem verwendet;
Die Abbildungen 7b und 7c sind Flussdiagramme, die Schritte in der Herstellung integrierter Schaltkreise beschreiben;
8 ist ein Schema eines Maskeninspektionssystems, das das interferometrische, konfokale Nahfeldmikroskopiesystem verwendet;
9 beschreibt in schematischer Form die fünfte Ausführung der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Detail Bezug auf die Abbildungen nehmend beschreibt 1a in schematischer Form die erste Ausführung der vorliegenden Erfindung. Wie in 1a gezeigt, enthält die erste Ausführung ein Interferometer, eine Quelle 10, Objektmaterial 112, Objektmaterialeinspannfutter 160, Einspannplattform 162, Umsetzer 164, ein Referenzobjekt 20R, und einen Detektor 116. Die Konfiguration des Interferometers ist bei Fachleuten als Michelson-Interferometer bekannt, und wird als eine einfache Darstellung gezeigt. Andere Formen eines bei den Fachleuten bekannten Interferometer, wie ein polarisiertes Michelson-Interferometer und wie im Artikel mit dem Titel "Differential Interferometer Arrangements for Distances and Angle Measurements: Principles, Advantages, and Applications, – Differentialinterferometeranordnungen für Entfernungs- und Winkelmessungen: Prinzipien, Vorteile und Anwendungen" von C. Zanoni (VDI Berichte Nr. 749, pp. 93–106, 1989) beschrieben, könnten in die Anordnung der 1a, ohne von der Zielsetzung der vorliegenden Erfindung abzuweichen, aufgenommen werden.
Für die erste Ausführung ist die Lichtquelle 10 bevorzugt eine Punktquelle, oder eine Quelle mit einer räumlich über der Oberfläche der Quelle nicht kohärenten Strahlung, bevorzugt ein Laser oder eine ähnliche Quelle kohärenter oder partiell kohärenter Strahlung, und bevorzugt linear polarisiert.
Die Lichtquelle 10 emittiert den Eingangsstrahl 12. Wie in der 1a gezeigt, tritt der Eingangstrahl 12 in die parallel ausrichtende Linse 14 ein, um einen Eingangstrahl 16 zu bilden. Der Eingangsstrahl 16 wird durch eine Phasenverzögerungsplatte 18 als Eingangsstrahl 20 geleitet. Die Ebene der Polarisation des Eingangsstrahls 20 wird durch die Verzögerungsplatte 18 rotiert, um entweder parallel oder orthogonal zur Ebene der 1a zu werden. Jedoch könnten andere Orientierungen der Polarisationsebene des Eingangsstrahls 20 vorteilhaft in bestimmten Endbenutzungsanwendungen verwendet werden. Die Funktion der Phasenverzögerungsplatte 18 wird von einem Signal 128 aus dem elektronischen Kontroller, Signalprozessor und Computer 200 kontrolliert.
Der Eingabestrahl 20 fällt auf einen nicht polarisierten Strahlensplitter 100 ein und erster Teil davon wird als ein Messstrahl 22 durchgelassen. Ein zweiter Teil des Eingabestrahls 20, der auf den Strahlensplitter 100 einfällt, wird als Referenzstrahl 50 reflektiert. Der Messstrahl 22 wird durch eine Öffnung in der Linse 60 geleitet und fällt auf eine Linsenanordnung ein, die die Linsen 24 und 26 enthält.
Die Ausbreitung des Messstrahls 22 durch die Linsenanordnung wird schematisch in einer erweiterten Form in der 4a gezeigt. Die Linse 26 ist eine Objektivlinse des Typs Amici. Der Messstrahl 22 wird durch die Linsenanordnung auf einen Strahlendurchmesser am Element 28 fokussiert, das eine Gruppe von zumindest einer Subwellenlängenöffnung und zumindest einer Subwellenlängenstreustelle im Element 28 enthält. Das in 4b schematisch in einer erweiterten Form gezeigte Element 28 ist eine leitende Schicht auf einer Oberfläche einer Objektivlinse 26 des Typs Amici. Das Element 28 kann allgemein als eine Maske gedacht werden.
Die Subwellenlängenöffnungen und die Subwellenlängenstreustellen sind die Elemente 30 und 32, wie in der 4b angezeigt. Die Subwellenlängenstreustellen 32 sind bevorzugt nicht durchlässige leitende Elemente mit einem komplexen Brechungsindex, der sich vom Brechungsindex des leitenden Materials des Elementes 28 unterscheidet. Die komplexen Brechungsindizes sind verschieden, so dass die Elemente 32 effektiv als Subwellenlängenstreustellen dienen. Der Durchmesser der Elemente 30 und 32 ist a, mit a<λ, bevorzugt a<<λ, wobei λ die Wellenlänge des Messstrahls 22 ist. Der Abstand der Elemente 30 und 32 ist b mit b>a, bevorzugt b>>a. Die Dicke des leitenden Materials des Elementes 28 ist in der Größenordnung von 20 nm und so gewählt, dass die Brechung des von den Abschnitten des Elementes 28 durchgelassenen Sondenstrahls keine Subwellenlängen 30 mit <<1 enthält.
Der relative Zwischenraum der Elemente 30 im Element 28 wird weiterhin ausgewählt, um den Effekt einer Subwellenlängeöffnung auf die Weiterleitungseigenschaften einer zweiten Subwellenlängenöffnung zu minimieren.
Die Durchmesser der Subwellenlängenöffnungen 30 müssen nicht auf einen einzigen Durchmesser beschränkt werden, wie in 4b schematisch gezeigt, sondern könnten vorteilhafter Weise zwei oder mehr Durchmesser für eine Endbenutzungsanwendung enthalten. Weiterhin könnten die Formen der Subwellenlängenöffnungen 30 andere Formen als kreisförmige enthalten, z.B., Quadrate oder Rechtecke, ohne von dem Geist und der Zielsetzung der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Darüber hinaus muss der Zwischenraum der Subwellenlängenöffnungen 30 nicht auf einen einzelnen Wert beschränkt werden, wie in 4b gezeigt, sondern könnte vorteilhafter Weise zwei oder mehr verschiedene Zwischenräume für eine Endbenutzungsanwendung enthalten, ohne vom Geist und der Zielsetzung der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Weiterhin kann die Anordnung der Subwellenlängenöffnungen 30 in verschiedenen geometrischen Mustern oder einem willkürlichen Muster erfolgen, ohne vom Geist und der Zielsetzung der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die Öffnungen 30 im Element 28 können als Löcher in einer Maske oder als durchlässige dielektrische Bereiche in einer andererseits nicht durchlässigen Maske gebildet werden, z.B., durchlässig im Gegensatz zu einem andererseits reflektierenden Element. Darüber hinaus kann das dielektrische Material im Element 28, das die Öffnungen 30 bestimmt, einen Hohlleiter oder einen optischen Hohlraum bilden, der Weiterleitung des Nahfeldsondenstrahls zur Probe steigert. Siehe z.B. die vorher zitierten vorläufigen Anwendungen "Multiple-Source Arrays For Confocal And Near-Field Microscopy – Vielfache Quellenfelder für Konfokal- und Nahfeld-Mikroskopie" und "Multiple-source Arrays with Optical Transmission Enhanced by Resonant Cavities – Vielfache Quellenfelder mit optischer Weiterleitung, gesteigert durch Resonanzhohlräume." Darüber hinaus wird der Maskenteil des Elementes 28 in der vorliegenden Erfindung als leitend beschrieben, um anzudeuten, dass er reflektierend ist. In anderen Ausführungen ist das Element 28 nicht notwendiger Weise leitend, sonder ist gewöhnlich nicht durchlässig, mit der Kopplung des Nahfeldsondenstrahls an die Probe, was durch die Öffnungen 30 im Element 28 erreicht wird.
Die Subwellenlängenöffnungen könnten weiterhin eine Fresnel-Zonenplatte oder eine Mikrolinse enthalten, um vorteilhafter Weise in bestimmten Endbenutzungsanwendungen die Weiterleitung durch ein Feld von Subwellenlängenöffnungen zu ändern, ohne vom Geist und der Zielsetzung der vorliegenden Erfindung abzuweichen. In bestimmten anderen Endbenutzungsanwendungen könnten Gitterroste zu einem Feld von Subwellenlängenöffnungen hinzugefügt werden, die als Raumfilter des(r) reflektierten/gestreuten oder durchgelassenen Nahfeldsondenstrahls(en) arbeiten, um die Eigenschaften des(r) reflektierten/gestreuten oder durchgelassenen Nahfeldsondenstrahls(en) zu ändern, ohne vom Geist und der Zielsetzung der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Ein erster Teil des auf die Subwellenlängenöffnungen 30 einfallenden Messstrahls wird als ein Nahfeldsondenstrahl weitergeleitet. Ein Teil des Nahfeldsondenstrahls fällt auf ein Objektmaterial 112 ein und ein Teil davon wird reflektiert und/oder zu den Subwellenlängenöffnungen 30 zurückgestreut, und ein Teil davon wird als Nahfeld-Rücksondenstrahl weitergeleitet. Der räumliche Abstand der benachbarten Oberflächen des Objektmaterials 112 und des leitenden Elementes 28 ist h, wie in 4b gezeigt. Der Wert von h liegt bevorzugt in der Größenordnung von 2a. Ein zweiter Teil des auf die Subwellenlängenöffnungen 30 einfallenden Messstrahls wird als ein erster Hintergrundrückstrahl reflektiert und/oder gestreut. Ein Teil des auf die Subwellenlängenstreustellen 32 einfallenden Messstrahls wird als ein zweiter Hintergrundrückstrahl reflektiert und/oder gestreut. Der Nahfeld-Rücksondenstrahl, der erste Hintergrundrückstrahl, und der zweite Hintergrundrückstrahl treten aus Objektlinsen 26 des Typs Amici als Rückstrahlen 34 aus, die als Strahlen 34A und 34B in den Abbildungen 1a und 4a gezeigt werden, worin der Rückstrahl 34 Strahlen zwischen den Strahlen 34A und 34B enthält. Der Rückstrahl 34 wird durch die Linse 60 als Rückstrahl 36 parallel ausgerichtet, in der 1a mit den Strahlen 34A und 34B dargestellt, worin der Strahl 36 Strahlen zwischen den Strahlen 36A und 36B enthält.
Ein Teil des nicht auf die Subwellenlängenöffnungen 30 und Streustellen 32 einfallenden Messstrahls wird als ein Rückmessstrahl reflektiert. Der Rückmessstrahl tritt aus der Linse 24 als ein Strahl aus, der hauptsächlich parallel zum Messstrahl 22 ist, und ein Teil davon wird als eine Rückmessstrahlkomponente des Strahl 42 reflektiert. Der Strahl 42 fällt auf die Stoppvorrichtung 70 ein und wird von ihr hauptsächlich verdunkelt.
Der Referenzstrahl 50 wird durch einen Phasenschieber und eine Öffnung in der Linse 66 geleitet, fällt auf das Referenzobjekt 20R ein, und wird als reflektierter Referenzstrahl 54 reflektiert, in 1a als Strahlen 54A und 54B gezeigt, worin der Strahl 54 Strahlen zwischen den Strahlen 54A und 54B enthält. Der Strahl 54 wird durch die Linse 66 parallelisiert und durch den Phasenschieber 64 als ein reflektierter Referenzstrahl 56 weitergeleitet, in der 1a als Strahlen 56A und 56B gezeigt, worin der Strahl 56 Strahlen zwischen den Strahlen 56A und 56B enthält. Der Phasenschieber 64 führt eine relative Phasenverschiebung χ in den reflektierten Referenzstrahl 56 als ein Ergebnis der zwei Durchgänge des Referenzstrahls 50 durch den Phasenschieber 64 ein. Die Größe der Phasenverschiebung χ wird durch das Kontrollsignal 132 aus dem elektronischen Kontroller, Signalprozessor und Computer 200 kontrolliert.
Die Ausbreitung des Referenzstrahls 52 durch das Referenzobjekt 20R wird schematisch in einer ausführlichen Form in 4c gezeigt. Das Referenzobjekt 20R ist eine Objektivlinse des Typs Amici. Der Referenzstrahl 52 wird durch das Referenzobjekt 20R auf einen Strahlendurchmesser am Element 28R fokussiert, das auf dem Element 28R ein Feld von zumindest zwei Wellenlängen oder Subwellenlängen reflektierenden Spots enthält. Das Element 28R wird schematisch in 4d in einer ausführlichen Form gezeigt, als ein Feld von reflektierenden Spots 30R und 32R auf einer Oberfläche der Objektivlinsen 26R des Typs Amici. Die reflektierenden Spots 30R und 32R generieren reflektierte Referenzstrahlkomponenten des Strahls 54, die den Elementen 30 und 32 entsprechen, bzw. dem Element 28. Der Abstand der reflektierenden Spots 30R und 32R und die fokale Länge der Linse 66 werden so gewählt, dass die reflektierenden Spots 30R und 32R und die Elemente 30 und 32 Paare sind, wie durch eine anschließende Abbildung auf einem Detektor gesehen. Der Durchmesser a" der reflektierenden Spots 30R und 32R wird gewählt, um einen reflektierten Referenzstrahl 56 effektiv zu generieren, mit einem Durchmesser, der hautsächlich derselbe ist, wie der Durchmesser des Rückstrahls 36. Die relativen Reflexionsvermögen der reflektierenden Spots 30R und 32R könnten gleich sein, oder günstiger Weise unterschiedlich, abhängig von der Endbenutzungsanwendung.
Es wird den Fachleuten klar sein, dass der Pfad des Referenzstrahls so konfiguriert werden könnte, dass der Referenzstrahl von einem Referenzobjekt 20R weitergeleitet wird, das ein Element besitzt, das komplementär zum Element 28R der ersten Ausführung ist, ohne vom Geist und der Zielsetzung der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispiele der Generierung eines Referenzstrahls durch die Leitung von Strahlen durch Wellenlängen- und/oder Subwellenlängenöffnungen werden in der zitierten vorläufigen U.S. Anwendung von Hill mit dem Titel "Multiple-Source Arrays With Optical Transmission Enhanced By Resonant Cavities – Mehrfache Quellenfelder mit optischer Weiterleitung, verstärkt durch Resonanzhohlräume" beschrieben. Darüber hinaus kann das Referenzobjekt in anderen Ausführungen ein uniformes reflektierendes Objekt sein, wie ein flacher oder gebogener Spiegel, obwohl solche Ausführungen weniger vom Referenzstrahl koppeln könnten, um mit den Nahfeldsignalstrahlen zu interferieren, als die gegenwärtig beschriebene Ausführung.
Der Rückstrahl 36 fällt auf den Strahlensplitter 100 ein und ein Teil davon wird als eine Rückstrahlkomponente des Strahls 38 reflektiert, in der 1a als Strahlen 38A und 38B gezeigt, worin der Strahl 38 Strahlen zwischen den Strahlen 38A und 38B enthält. Der reflektierte Referenzstrahl 56 fällt auf den Strahlensplitter 100 ein und ein Teil davon wird als reflektierte Referenzstrahlkomponente des Strahls 38 weitergeleitet. Der Strahl 38 wird vom Polarisator 68 bezüglich Polarisation gemischt, dann fällt er auf die Linse 62 ein, und wird als gemischter Strahl 40 fokussiert, in 1a mit den Strahlen 40A und 40B dargestellt, worin der gemischte Strahl 40 Strahlen zwischen den Strahlen 40A und 40B enthält. Der gemischte Strahl 40 wird auf eine Nadelstichporenebene 114 so fokussiert, dass eine Nadelstrichpore in der Bildebene 114 ein zugeordnetes Abbild von entweder einer der Subwellenlängenöffnungen 30 ist oder einer der Subwellenlängenstreupunkte 32.
Die Nadelstichporenebene 114 wird in 5 schematisch dargestellt. Der Durchmesser der Nadelstichporen ist c und der Abstand zwischen den Nadelstichporen ist d. Der Abstand d ist gleich der Entfernung b der Subwellenlängenöffnungen 30 und Subwellenlängenstreustellen 32, mal die Vergrößerung des Abbildungssystems der Subwellenlängenöffnungen 30 und Subwellenlängenstreupunkten 32 auf die entsprechenden Nadelstichporen in der Nadelstichporenebene 114. Der Durchmesser c wird ausgewählt, um etwa zweimal die Größe eines durch das Abbildungssystem beugungsbegrenzten Bildes eines Punktobjektes zu sein, und der Abstand d wird ausgewählt, um größer als c zu sein, bevorzugt ≥ zu etwa viermal der Größe eines durch das Abbildungssystem beugungsbegrenzten Abbildes eines Punktobjektes. Typische Amplitudenfunktionen von beugungsbegrenzten Bildern der Subwellenlängenöffnungen 30 und Subwellenlängenstreustellen 32 werden in 5 als gestrichelte und durchgezogene Profile gezeigt.
Ein Teil des gemischten Strahls 40 wird von den Nadelstichporen in die Nadelstichporenebene 114 weitergeleitet und von einem Detektor 116 nachgewiesen, bevorzugt von einem Quantenphotonendetektor. Der Detektor 116 enthält ein Feld von Pixels, das entweder ein Paar von Pixels, oder ein eindimensionales Pixelfeld, oder ein zweidimensionales Pixelfeld entsprechend den Anforderungen einer Endbenutzungsanwendung enthält, mit einer ein zu eins Abbildung der Nadelstichporen in der Nadelstichporenebene 114 auf die Pixels des Detektors 116. Der Detektor 116 generiert ein elektrisches Interfacesignal, das ein Feld von Signalwerten [S_n], dem Feld der Pixels entsprechend, enthält. Der tief gestellte Index n ist ein Index, der ein Element im Feld der Signalwerte [S_n] anzeigt. Das Feld der Signalwerte [S_n] könnte ein Paar von Elementen, ein eindimensionales Feld mit zumindest drei Elementen, oder ein zweidimensionales Feld enthalten, abhängig von einer Endbenutzungsanwendung.
Das Feld der Signalwerte [S_n] könnte mit einer guten Annäherung als [Sn]=[(SD+SI)n] (1)beschrieben werden, wobei der Term (S_D)_n Terme repräsentiert, die entweder mit Subwellenlängenöffnungen 30 oder mit Subwellenlängenöffnungen 32 assoziiert sind, und der Term (S_I)_n repräsentiert Interferenzkreuztermen, die entweder mit Subwellenlängenöffnungen 30 oder mit Subwellenlängenöffnungen 32 assoziiert sind.
Ein mit Subwellenlängenöffnungen 30 assoziierter (S_D)_n Term ist proportional zur Summe der Quadrate der Amplituden der entsprechenden Teile des Nahfeld-Rücksondenstrahls, des ersten Hintergrundrückstrahls, und des reflektierten Referenzstrahls und der Interferenzkreuzterme zwischen komplexen Amplituden des Nahfeld-Rücksondenstrahls und des ersten Hintergrundrückstrahls. Ein mit Subwellenlängenöffnungen 32 assoziierter (S_D)_n Term ist proportional zur Summe der Quadrate der Amplituden der entsprechenden Teile des zweiten Hintergrundrückstrahls und des reflektierten Referenzstrahls.
Ein mit Subwellenlängenöffnungen 30 assoziierter (S_I)_n Term ist proportional zur Summe der Interferenzkreuzterme zwischen komplexen Amplituden des Nahfeld-Rücksondenstrahls und des reflektierten Referenzstrahls und zwischen komplexen Amplituden des ersten Hintergrundrückstrahls und des reflektierten Referenzstrahls. Ein mit Subwellenlängenöffnungen 32 assoziierter (S_I)_n Term ist proportional zum Interfacekreuzterm zwischen komplexen Amplituden des zweiten Hintergrundrückstrahls und dem reflektierten Referenzstrahl.
Der Term (S_D)_n ist unabhängig von der Phasenverschiebung χ. Der Term (S_I)_n ist eine sinusförmige Funktion der Phasenverschiebung χ und könnte als (SI)n = (|SI|cos(φ+χ))n (2)beschrieben werden, wobei (|S_I|)_n und φ eine Amplitude und Phase sind, die zu den komplexen Amplituden in Beziehung stehen, die zu (S_I)_n beitragen.
Die Arbeitsweise der Anordnung der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung, beschrieben in den 1a, 4a und 4b, basiert auf der Erfassung einer Sequenz von vier Messungen der Felder von Signalwerten. Die Sequenz der vier Felder der Signalwerte [S_n]₁, [S_n]₂, [S_n]₃, [S_n]₄, wird vom Detektor 116 mit dem Phasenschieber 64 durch die Einführung einer Sequenz von Phasenverschiebungen χ₀, χ₀+π/2, χ₀+π/2, und χ₀+3π/2 Winkeln im Bogenmaß erreicht, wobei χ₀ irgendein fester Wert der Phasenverschiebung χ ist. Die vier Felder der Signalwerte [S_n]₁, [S_n]₂, [S_n]₃, und [S_n]₄ werden an den elektronischen Kontroller, Signalprozessor und Computer 200 als Signal 131, entweder in digitalem oder analogem Format, zur anschließenden Verarbeitung gesendet.
Konventionelle Konvertierungsschaltkreistechnik, d.h., analog zu digital Konverter, ist entweder im Detektor 116, oder im elektronischen Kontroller, Signalprozessor und im Computer 200, zur Konvertierung der vier Felder [S_n]₁, [S_n]₂, [S_n]₃, und [S_n]₄ in ein digitales Format, enthalten. Die vom Phasenschieber 64 eingeführte Phasenverschiebung χ wird vom Signal 132 kontrolliert, wobei das Signal 132 vom elektronischen Kontroller, Signalprozessor und Computer 200 generiert und anschließend weitergeleitet wird. Der Phasenschieber 64 kann ein elektrooptischer Typ sein.
Als Nächstes werden zwei Felder von Signaldifferenzwerten [S_n]₁–[S_n]₂ = [(S_I)_n]₁ – [(S_I)_n]₂ und [S_n]₃–[S_n]₄ = [(S_I)_n]₃ – [(S_I)_n]₄ vom elektronischen Kontroller, Signalprozessor und Computer 200 berechnet.
Elemente der Felder von Signalwertdifferenzen, die den Pixels entsprechen, die mit Subwellenlängenöffnungen 30 assoziiert sind, enthalten hauptsächlich und mit relativ hoher Effizienz nur zwei Interferenzkreuztermen, einen ersten Interferenzkreuzterm zwischen der komplexen Amplitude des Nahfeld-Rücksondenstrahls und der komplexen Amplitude des reflektierten Referenzstrahls und einen zweiten Interferenzkreuzterm zwischen der komplexen Amplitude des ersten Hintergrundrückstrahls und der komplexen Amplitude des reflektierten Referenzstrahls.
Elemente der Felder von Signalwertdifferenzen, die den Pixels entsprechen, die mit Subwellenstreustellen 32 assoziiert sind, enthalten hautsächlich und mit relativ hoher Effizienz nur den Interferenzkreuzterm zwischen der komplexen Amplitude des zweiten Hintergrundrückstrahls und der komplexen Amplitude des reflektierten Referenzstrahls.
Die relativ hohe Effizienz zur Isolation von Effekten der Amplituden von mit Subwellenlängenöffnungen 30 und Subwellenlängenstreustellen 32 assoziierten Strahlen in den gemessenen Intensitätswerten, wird durch die Wahl der Parameter c und d kontrolliert.
Die komplexe Amplitude des Nahfeld-Rücksondenstrahls wird von elektronischen Kontroller, Signalprozessor und Computer 200 aus der Amplitude des ersten Interferenzterms zwischen der komplexen Amplitude des Nahfeld-Rücksondenstrahls und der Amplitude des reflektierten Referenzstrahls berechnet. Die Berechnung enthält die Verwendung gemessener Werte der Interferenzkreuzterme zwischen Komponenten der komplexen Amplitude des zweiten Hintergrundrückstrahls und Komponenten der komplexen Amplitude des reflektierten Referenzstrahls, um die gemessenen Werte von Elementen der Signalwertdifferenzen, die mit Subwellenlängenöffnungen 30 assoziiert sind, für den Beitrag des zweiten Interferenzkreuzterms zwischen Komponenten der komplexen Amplitude der ersten Hintergrundterms und Komponenten der komplexen Amplitude des reflektierten Referenzstrahls auszugleichen. Die Berechnung enthält weiterhin die Verwendung gemessener Werte für das Quadrat der Amplituden der Teile des reflektierten Referenzstrahls, der von den Nadelstichporen der Nadelstichporenebene 114 weitergeleitet wird und vom Detektor 116 nachgewiesen wird.
Als Nächstes wird die Ebene der Polarisation des Eingangsstrahls 20 um 90° durch das Phasenverzögerungselement 18 als Reaktion auf das Signal 128 vom elektronischen Kontroller, Signalprozessor und Computer 200 rotiert. Ein zweiter Satz der vier Felder der Signalwerte [S_n]₅, [S_n]₆, [S_n]7, und [S_n]₈, die den gemessenen Feldern der Signalwerte [S_n]₁, [S_n]₂, [S_n]₃, und [S_n]₄, entsprechen, werden vom Detektor 116 erzielt. Felder der Signalwertdifferenzen [S_n]₁ – [S_n]₂ = [(S_I)_n]₁ – [(S_I)_n]₂ und [S_n]₃ – [S_n]₄= [(S_I)_n]₃ – [(S_I)_n]₄ werden vom elektronischen Kontroller, Signalprozessor und Computer 200 berechnet. Die komplexe Amplitude des Nahfeld-Rücksondenstrahls für den orthogonal polarisierten Eingangsstrahl 20 wird vom elektronischen Kontroller, Signalprozessor und Computer 200 mit demselben Algorithmus berechnet, der verwendet wird, um die komplexe Amplitude des Nahfeld-Rücksondenstrahls für den nicht rotierten Zustand der Polarisation des Eingabestrahls 20 verwendet wird.
Das Objektmaterial 112 wird an ein Objekteinspannfutter 160 montiert. Die Winkelorientierung und Höhe des Objekteinspannfutters 160 wird von drei Wandlern kontrolliert, von denen zwei als 161A und 161B gezeigt werden, die an der Einspannplattform 162 angebracht sind. Die Winkelorientierung und Höhe des Objektmaterials 112 relativ zur Oberfläche des leitenden Elements 28 werden erkannt und dazu verwendet, Fehlersignale zu generieren. Die Erkennung und Generierung der Fehlersignale sollten den Fachleuten bekannte Techniken sein, wie kapazitive oder "cap" Messungen, Präzisionsentfernungsmessungs-Interferometrie mit hoher Genauigkeit einschließlich Wellendomänenreflexionsmessung [siehe z.B. allgemein bekannte U.S. Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/089,105 und dem Titel "Methods And Apparatus For Confocal Interference Microscopy Using Wavenumber Domain Reflectrometry And Backround Amplitude Reduction And Compensation – Verfahren und Vorrichtung für konfokale Interferenzmikroskopie unter Verwendung von Wellenzahldomänen-Reflektrometrie und Hintergrundamplituden-Reduktion und – Kompensation" von Henry A. Hill] und scannende interferometrische Nahfeldmikroskopie [siehe z.B. die vorher zitierte vorläufige Anmeldung mit dem Titel "Control of Position and Orientation of Sub-Wavelength Aperture Array in Near-field Scanning Microscopy – Kontrolle der Position und der Orientierung eines Subwellenlängenöffnungs-Feldes in der Nahfeldscannmikroskopie"]. Die Fehlersignale werden als eine Komponente eines Signals 166 an den elektrischen Kontroller, Signalprozessor und Computer 200 weitergeleitet. Hilfskontrollsignale werden vom elektronischen Kontroller, Signalprozessor und Computer 200 aus den Fehlersignalen generiert und als Hilfskontrollsignalkomponente des Signals 166 an die Einspannplattform 162 weitergeleitet. Die Wandler 161A, 161B und der dritte Wandler (nicht gezeigt) ändern die Orientierung und/oder Höhe des Objektmaterials 112 entsprechend zur Hilfskontrollsignalkomponente des Signals 166.
Die Lage der Einspannplattform 162 in einer hauptsächlich zur Oberfläche des leitenden Elementes 28 parallelen Ebene, wird durch den Umsetzer 164 kontrolliert. Die Lage der Einspannplattform 162 wird durch, in der Fachwelt bekannte, Techniken wie Präzisionsentfernungsmessungs-Interferometrie erkannt und Fehlersignale werden als eine Fehlersignalkomponente des Signals 168 an den elektronischen Kontroller, Signalprozessor und Computer 200 weitergeleitet. [siehe z.B. U.S. Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/252,266 mit dem Titel "Interferometer And Method For Measuring The Refraktive Index And Optical Path Length Effects Air – Interferometer und Verfahren zur Messung des Brechungsindex und optischer Weglängeneffekte der Luft" von Peter de Groot, Henry A. Hill, und Frank C. Demarest registriert Feb. 18, 1999 und U.S. Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/252,266 mit dem Titel "Apparatus And Method For Measuring The Refractive Index And Optical Path Length Effects of Air Using Multiple-Pass Interferometry – Anordnung und Verfahren zur Messung des Brechungsindex und optischer Weglängeneffekte der Luft unter Verwendung von Mehrfachweg-Interferometrie" von Henry A. Hill, Peter de Groot, und Frank C. Demarest registriert Feb. 18, 1999. Der Inhalt beider Anmeldungen ist hier mit Hinweis enthalten.] Hilfskontrollsignale werden vom elektronischen Kontroller, Signalprozessor und Computer 200 aus der Fehlersignalkomponente des Signals 168 generiert und als eine Hilfssignalkomponente des Signals 168 an den Wandler 164 weitergeleitet. Der Wandler 164 kontrolliert die Lage und Orientierung der Einspannplattform 162 in eine oder zwei orthogonale Richtungen und in eine oder zwei orthogonale Ebenen der Orientierung, entsprechend den Anforderungen einer Endbenutzungsanwendung, als Reaktion auf die Hilfssignalkomponente des Signals 168.
Als Nächstes wird das Objektmaterial 112 in einer Kombination von einer oder zwei orthogonalen Richtungen gescannt, hauptsächlich parallel zur Oberfläche des Objektmaterials 112 und in räumlicher Trennung des leitenden Elements 28 von der benachbarten Oberfläche des Objektmaterials 112, entsprechend den Anforderungen einer Endbenutzungsanwendung. Gemessene Felder von Signalwerten [S_n]₁, [S_n]₂, [S_n]₃ und [S_n]₄ und, falls von einer Endbenutzungsanwendung gefordert, gemessene Felder von Signalwerten [S_n]₅, [S_n]₆, [S_n]₇ und [S_n]₈ werden als eine Funktion der gescannten Parameter erzielt und die Amplituden und Phasen der Interferenzkreuzterme zwischen der komplexen Amplitude des Nahfeld-Rücksondenstrahls und der komplexen Amplitude der reflektierten Referenzstrahls werden vom elektronischen Kontroller, Signalprozessor und Computer 200 berechnet.
Information über das Objektmaterial 112 wird mit der Vorrichtung der ersten Ausführung in der Anwesenheit eines signifikant reduzierte Hintergrundsignals erzielt. Beitragsquellen zum Hintergrundsignal enthalten der erste Hintergrundrückstrahl, ein Teil des Rückmessstrahls, der nicht durch die Stoppvorrichtung 70 verdunkelt wurde, ein Hintergrund, der durch Reflektion und/oder Streuung anderer Strahlen erzeugt wurde, die mit dem Messstrahl in der Vorrichtung der ersten Ausführung assoziiert sind und entsprechenden Strahlen, die mit dem reflektierten Referenzstrahl assoziiert sind. Das Hintergrundsignal wird signifikant reduziert, da die Vorrichtung der ersten Ausführung ein konfokales optisches Abbildung/Erkennungssystem enthält und zweitens, wegen der Hintergrundkompensationsprozedur basierend auf dem zweiten Hintergrundstrahl.
Es ist unter Fachleuten wohlbekannt, dass konfokale optische Abbildung/Erkennungssysteme das Tiefenauflösungsvermögen in Relation zu nicht konfokalen optischen Abbildung/Erkennungssystemen signifikant verbessert haben und daher das Auflösungsvermögen gegenüber gestreuten/reflektierten Strahlen signifikant verbessert haben, die in Ebenenabschnitten, entfernt vom abgebildeten Ebenenabschnitt, generiert werden. Jedoch lösen konfokale optische Abbildung/Erkennungssysteme den ersten Hintergrundrückstrahl nicht auf. Die Hintergrundkompensationsprozedur, basierend auf Messung des zweiten Hintergrundstrahls, kompensiert den ersten, von den konfokalen optischen Abbildung/Erkennungsmerkmalen der Vorrichtung der ersten Ausführung nicht aufgelösten Hintergrundrückstrahl. Es sollte bemerkt werden, dass die Hintergrundkompensationsprozedur, basierend auf Messung des zweiten Hintergrundrückstrahls, für die gestreuten/reflektierten Strahlen weiterhin Kompensation leistet, die in Ebenenabschnitten, entfernt vom abgebildeten Ebenenabschnitt, generiert werden und die von den Abbildung/Erkennungsmerkmalen der Vorrichtung der ersten Ausführung nicht aufgelöst werden.
Das Scannen des Objektmaterials 112 in einer Kombination von einer oder zwei orthogonalen Richtungen, hauptsächlich parallel zu Oberfläche des Objektmaterials 112 und in der räumlichen Trennung des leitenden Elementes 28 von der benachbarten Oberfläche des Objektmaterials 112 wird für die erste Ausführung als ein "Schritt und Wiederholung" Modus implementiert. Die erste Ausführung, modifiziert für einen kontinuierlichen Scannarbeitsmodus wird anschließend als die dritte Variante der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Eine erste Variante der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung enthält dieselben Elemente wie die erste Ausführung der vorliegenden Erfindung, wie in 1a gezeigt. Der Unterschied zwischen der ersten Variante der ersten Ausführung und der ersten Ausführung liegt in der Prozedur, die verwendet wird, um die gemessenen Felder der Signalwerte zu bekommen. In der ersten Variante der ersten Ausführung werden die Amplitude (|S_I|)_n und Phase (φ)_n unter Verwendung bekannter Interferenz erzeugender Bestimmungstechniken oder phasensensitiver Bestimmungstechniken für nicht gepulste Signale, wie ein digitaler Hilbert Umwandlungsphasendetektor [siehe "Phasenregelkreise: Theorie, Entwurf und Anwendungen" zweite Ausgabe (McGraw-Hill, New York) 1993, von R.E. Best] erkannt, ein Phasenregelkreis [siehe R. E. Best, ibid.], eine FFT mit gleitendem Fenster [siehe Digitale Techniken für Breitbandempfänger, (Artech House, Boston) 1995, von J.Tsui] unter Verwendung der Phase χ als die Referenzphase. Es ist für eine Funktion, die gleichmäßig in der Zeit abgetastet wird, bekannt, dass eine, auf digitaler Signalverarbeitung basierende, phasensensitive Technik zur Gewinnung von Information auf der Funktion, Resultate auf der Basis einer Chebyshev Polynompräsentation der Funktion hervorbringt [siehe H.A. Hill und R.T. Stebbins, Astrophys. J. 200, p 484 (1975)]. Wenn man das Beispiel einer Phase χ betrachtet, die um eine Versetzung χ₀ so gescannt wird, dass gilt χ = χ0 + Δχ (3)wobei Δχ irgendeine Funktion der Zeit t ist. Das Scannen von χ generiert Komponenten in den Elementen eines Feldes von Signalwerten entsprechend den Gleichungen (1) und (2) ausgedrückt als (SI)n = (|SI|cos(φ+χ0))ncosΔχ–(|SI|sin(φ+χ0))nsinΔχ (4)
Das Amplitudenfeld [(|S_I|)_n] und das Phasenfeld ((φ+χ₀)_n] werden dann durch den Weg der phasensensitiven Bestimmung der Koeffizientenfelder von cosΔχ und sinΔχ erzielt. Die phasenintensive Bestimmung enthält die Multiplikation von (|S_I|)_n mit cosΔχ und die Integration von (|S_I|)_n cosΔχ über die Zeit und die Multiplikation von (|S_I|)_n mit sinΔχ und die Integration von (|S_I|)_nsinΔχ über die Zeit. In dem Fall, in dem Δχ eine sinusförmige Funktion mit einer Winkelfrequenz ω₁ und einer Amplitude 1 ist, d.h., Δχ = cosω1t (5)und [(|S_I|)_n] gleichmäßig in der Zeit abgetastet wird, können die Koeffizientenfelder von cosΔχ und sinΔχ effektiv als Felder von bestimmten Chebyshev Polynomkoeffizienten von [(|S_I|)_n] ausgedrückt werden.
Elemente von Feldern von bestimmten Chebyshev Polynomkoeffizienten können unter Verwendung bekannter Eigenschaften des Chebyshev Polynoms ausgedrückt werden, wie
Wobei T = 2π/ω₁, T₁ und V1 sind Chebyshev Polynome erster Ordnung des Typs I und des Typs II und J₀ ist die Besselfunktion der Ordnung 0 der ersten Art [siehe Abschnitt 13.3 der mathematischen Methoden für Physiker von G. Arfken (Academic Press New York) 1968].
Die Phasenversetzung χ₀ muss im Allgemeinen nicht festgelegt werden, außer dass sie die Bedingung erfüllt, während einer Periode des Scannens des Objektmaterials 112 nicht variabel zu sein. Um Ergebnisse zu vergleichen, die zu unterschiedlichen Zeiten erhalten wurden, könnte es notwendig sein, jede Änderung, die während der Periode zwischen den zwei unterschiedlichen Messzeiten aufgetaucht sein könnte, zu bestimmen. Relative Änderungen in χ₀ können z.B. durch Erzielen von Feldern von Amplituden [(|S_I|)_n] und Phasen [(|φ_I|)_n] im Feld [S_n] für ein Objektmaterial 112 mit einem isotropen Medium, z.B., geschmolzener Kieselerde, mit einer für die Genauigkeit erforderlichen Oberflächenebene.
Die erste Variante der ersten Ausführung hat den Vorteil eines Interferenz erzeugenden Erkennungssystems.
Die übrige Beschreibung der ersten Variante der ersten Ausführung ist den Teilen der Beschreibung gleich, die für die erste Ausführung gemacht wurde.
Eine zweite Variante der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird in 1b schematisch gezeigt. Der Unterschied zwischen der zweiten Variante der ersten Ausführung und der ersten Ausführung ist, dass in der zweiten Variante zwei Felder von Signalwerten [S_n]_m und [S_n]_m+1 gleichzeitig mit einer Zeitreduktion für das Erzielen eines gegebenen Satzes von Feldern von Signalwerten erlangt werden, mit einer reduzierten Sensitivität auf Vibrationen oder Bewegung des Objektmaterials 112. Die zwei Felder von Signalwerten [S_n]_m und [S_n]_m+1 könnten zwei unterschiedlichen Polarisationszuständen eines Nahfeldsondenstrahls für denselben Wert von χ oder unterschiedlichen Werten von χ entsprechen, oder könnten zwei unterschiedlichen Werten von χ für dieselben Polarisationszustände eines assoziierten Nahfeldsondenstrahls entsprechen.
Viele Elemente der zweiten Variante der ersten Ausführung führen ähnliche Funktionen aus, wie Elemente der ersten Ausführung und werden in der 1b mit denselben Elementnummern wie die entsprechenden Elemente der in 1a gezeigten ersten Ausführung bezeichnet. Die zweite Variante der ersten Ausführung enthält zusätzliche Elemente, die auch ähnliche Funktionen wie bestimmte Elemente der ersten Ausführung durchführen. Die Elementnummern der zusätzlichen Elemente sind dieselben, wie die Elementnummern der entsprechenden bestimmten Elemente der ersten Ausführung, um 1000 erhöht.
Der Strahl 20 fällt auf einen nicht polarisierenden Strahlensplitter 100, nach einer Reflexion durch den Spiegel 90. Für den Arbeitsmodus, worin die zwei Felder von Signalwerten [S_n]_m und [S_n]_m+1 zwei unterschiedlichen Polarisierungszuständen des Nahfeldsondenstrahls entsprechen, ist der Polarisator 1068 relativ zur Orientierung des Polarisators 68 orientiert, so dass der gemischte Strahl 1040 Strahlen zwischen den Strahlen 1040A und 1040B enthaltend, Information über eine Polarisierungskomponente des Strahles 36 repräsentiert, die orthogonal zur Polarisierungskomponente des Strahles 36 ist, repräsentiert durch Information im gemischten Strahl 40. Der Referenzstrahl 50 wird durch eine Halbwellen-Phasenreduzierungsplatte 72 geschickt, worin die Halbwellen-Phasenreduzierungsplatte 72 so orientiert ist, dass die Polarisierungsebene des Strahls 52 orthogonal zur Ebene der 1b ist. Der elektronische Kontroller, Signalprozessor und Computer 1200 führt die Funktionen des elektronischen Kontroller, Signalprozessors und Computer 200 der ersten Ausführung aus und die entsprechenden Funktionen zur Verarbeitung der Information, die im Signal 1131 enthalten sind.
Der Teil der Prozedur der ersten Ausführung, worin die Polarisationsebene des Strahls 16 zum Erzielen eines zweiten Satzes von vier Feldern von Signalstrahlen rotiert wird, wird in der zweiten Variante der ersten Ausführung nicht wiederholt, die für den Arbeitsmodus konfiguriert ist, worin zwei Felder von Signalstrahlen [S_n]_m und [S_n]_m+1 zwei unterschiedlichen Polarisierungszuständen eines Nahfeldsondenstrahls entsprechen.
Für den Arbeitsmodus, worin die zwei Felder der Signalwerte [S_n]_m und [S_n]_m+1 zwei unterschiedlichen Werten von χ für entweder zwei unterschiedliche Polarisationszustände oder dieselben Polarisationszustände des Nahfeldsondenstrahls entsprechen, wird die Phasenverzögerungsplatte 1132 justiert, um eine relative Phasenverschiebung zwischen Komponenten des Strahls 1038 einzuführen sowie den gewünschten Effekt eines unterschiedlichen Wertes von χ zu erreichen.
Ein Vorteil der zweiten Variante der ersten Ausführung im Verhältnis zur ersten Ausführung ist die Aufnahme zweier Felder von Signalwerten, gleichzeitig mit den Vorteilen einer reduzierten Zeit zur Anforderung eines gegebenen Satzes von Feldern von Signalwerten, eines verbesserten Störverhaltens und einer reduzierten Sensitivität auf Vibration oder Bewegung des Objektmaterials 112 während der Informationsaufnahme.
Die übrige Beschreibung der zweiten Variante der ersten Ausführung ist gleich den entsprechenden Teilen der für die erste Ausführung gegebenen Beschreibung.
Eine dritte Variante der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird schematisch in 1c gezeigt. Die dritte Variante der ersten Ausführung unterscheidet sich von der ersten Ausführung in Modus, der zum Scannen des Objektmaterials 112 verwendet wird. Die dritte Variante der ersten Ausführung nimmt Felder von Signalwerten [S_n]_m auf, wobei sie in einem kontinuierlichen Scannmodus an Stelle eines Schritt- und Wiederholungsmodus der ersten Ausführung arbeitet.
Viele Elemente der dritten Variante der ersten Ausführung führen ähnliche Funktionen aus, wie die Elemente der ersten Ausführung und werden in 1c mit denselben Elementnummern wie die entsprechenden Elemente der in der 1a gezeigten ersten Ausführung bezeichnet.
Die Lichtquelle 1010 ist eine gepulste Quelle. Es wird von den Fachleuten anerkannt werden, dass es eine Anzahl von unterschiedlichen wegen zur Produktion einer gepulsten Quelle gibt [siehe Kapitel 11 mit dem Titel "Lasers", Handbook of Optics, 1, 1995 (McGraw-Hill, New York) von W. Silfvast]. Es wird eine Beschränkung in der Dauer oder der "Pulsbreite" eines Strahlenpulses τ_p1 als ein Ergebnis des kontinuierlichen Scannmodus geben, der in der dritten Variante der ersten Ausführung verwendet wird. Die Pulsweite τ_p1 wird ein Parameter sein, der teilweise den Begrenzungswert für räumliche Auflösung in die Richtung eines Scannens auf ein niedrigeres Maß von τp1v (8)kontrolliert, wobei v die Scanngeschwindigkeit ist. Z.B. wird, mit einem Wert von τ_p1 = 50nsec und einer Scanngeschwindigkeit von v = 0.20m/sec, der Begrenzungswert der räumlichen Auflösung τ_p1v in der Richtung des Scannens τp1v = 10nm (9)sein.
Die Quelle 1010 produziert einen optischen Strahl 1012, der parallel zur Ebene der 1c ebenenpolarisiert ist.
Der Strahl 1012 fällt auf den Modulator 76 ein und tritt aus dem Modulator 76 als Strahl 1015 aus. Der Modulator 76 könnte z.B. eine akustischoptische Vorrichtung oder eine Kombination von akustischoptischen Vorrichtungen mit zusätzlicher Optik zur Modulation eines Teils des Strahles 1012 sein. Der Modulator 76 wird von einem Antrieb 78 bei einer Frequenz f₂ angeregt. Der Modulator 76 beugt durch eine akustischoptische Interaktion einen Teil des Strahles 1012 als eine gebeugte Strahlenkomponente des Strahls 1015. Die Frequenz der gebeugten Strahlenkomponente 1015 ist um ein Ausmaß f₂ mit Bezug auf die nicht gebeugte, nicht Frequenz verschobene Komponente des Strahls 1015 Frequenz verschoben und ist linear polarisiert, orthogonal mit Bezug auf die Ebene der Polarisation der nicht gebeugten, nicht Frequenz verschobenen Komponente des Strahls 1015.
Es wird auch von den Fachleuten anerkannt werden, dass die zwei optischen Frequenzen des Strahls 1015 von jedem einer Vielzahl von Frequenzmodulationsanordnungen erzeugt werden könnten: (1) die Verwendung eines Paares von akustischoptischen Bragg-Zellen, siehe z.B. Y. Ohtsuka und K. Itoh, "Two-frequency Laser Interferometer for Small Displacement Measurements in a low Frequency Range – Zweifrequenzlaser-Interferometer für Geringverschiebungsmessungen in einem Niederfrequenzbereich," Applied Optics, 18(2), pp 219–224 (1979); N. Massie et al., „"Measuring Laser Flow Fields With a 64-Channel Heterodyne Interferometer – Messung von Laserflussfeldern mit einem 64-Kanal Heterodyne-Interferometer," Applied Optics, 22(14), pp 2141–2151 (1983); Y. Ohtsuka und M. Tsubokawa , "Dynamic Two-Frequency Interferometry for Small Displacement Measurements – Dynamische Zweifrequenz Interferometrie für Geringverschiebungsmessungen," Optics and Laser Technology, 16, pp 25–29 (1984); H. Matsumoto, ibid.; P. Dirksen, et al., U.S. Patentnummer 5,485,272, erteilt Jan. 16, 1996; N. A. Riza und M.M. K Howlader, "Acousto-optic system for the generation and control of tunable low-frequency signals – Akustischoptisches System zur Generierung und Kontrolle von abstimmbaren Niederfrequenzsignalen," Opt. Eng.,35(4), pp 920–925 (1996); (2) die Verwendung einer einzelnen akustischoptischen Bragg-Zelle, siehe z.B. G. E. Sommargren, veröffentlichtes U.S Patent mit der Nummer 4,684,828, erteilt Aug. 18, 1987; P. Dirksen, et al., ibid.; oder (3) die Verwendung des in der U.S. Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/507,529 beschriebenen Systems, angemeldet 2/18/00 mit dem Titel "Apparatus For Generating Lineary Orthogonally Polarized Light Beams – Anordnung zur Generierung linear orthogonal polarisierter Lichtstrahlen" von Henry A. Hill. Der Inhalt der U.S. Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/507,529 ist hier mit Referenz enthalten.
Der Strahlensplitter 1000 ist ein Strahlensplitter des polarisierenden Typs, so dass der Referenzstrahl eine Frequenzkomponente des Strahls 1020 enthält und der Messstrahl 22 die zweite Frequenzkomponente des Strahles 1020 enthält. Die Polarisierungsebene des Referenzstrahls 50 ist orthogonal zur Ebene der 1b.
Die Beschreibung des Strahls 40 der dritten Variante der ersten Ausführung ist gleich zu den entsprechenden Teilen der für den Strahl 40 gegebenen Beschreibung der ersten Ausführung, mit der Ausnahme, ein pulsierender Strahl zu sein, mit der Ausnahme der Frequenzdifferenz des Referenzstrahls 50 und des Messstrahls 22, mit der Ausnahme in Bezug auf die Ebene der Polarisierung des Referenzstrahls 52 der dritten Variante der ersten Ausführung, die orthogonal zur Ebene der Polarisierung des Strahles 22 ist.
Der Strahl 40 wird vom Detektor 116 bestimmt, bevorzugt durch einen Quantenphotonendetektor, um das elektrische Interferenzsignal 1031 zu generieren, das ein Feld von Signalwerten [S_n] enthält. Das Feld von Signalwerten [S_n] kann mit guter Approximation in der Form der Gleichung (1) beschrieben werden, worin (SI)n = (|SI|cos(ω2t + φ + ζ2))n (10)ω₂=2πf₂ und ζ₂ eine Phase ist, die weder eine Funktion von φ noch χ ist und hauptsächlich konstant ist in Bezug auf t.
Der elektronische Kontroller, Signalprozessor und Computer 2200 bestimmen die Phase (φ+χ+ζ₂) von (S_I)_n durch entweder digitale oder analoge Signalverarbeitung, bevorzugt digitale Verarbeitung, indem sie Zeit basierende Phasenerkennung verwenden und die Phase des Antriebs 78, die zum elektronischen Kontroller, Signalprozessor und Computer 2200 mit dem Signal 77 geleitet wird. Das Feld von Werten von [(φ)_n] wird aus dem gemessenen Feld der Phasen [(φ+χ+ζ₂)_n] durch Subtraktion des Feldes von Phasen [(χ+ζ₂)_n] bestimmt, unabhängig bestimmt, falls in einer Endbenutzungsanwendung gefordert.
Das Feld von Phasen [(χ+ζ₂)_n] muss gewöhnlich nicht bestimmt werden, außer um die Bedingung zu erfüllen, dass es während der Periode des Scannens des Objektmaterials 112 nicht variabel sein darf. Um die Ergebnisse, die zu verschiedenen Zeitpunkten erhalten werden, zu vergleichen, könnte es notwendig sein jede Änderung im Feld der Phasen [(χ+ζ₂)_n] zu bestimmen, die während der Zeit zwischen den zwei unterschiedlichen Messungen aufgetaucht sein könnte. Relative Änderungen in [(χ+ζ₂)_n] können z.B. durch Erzielen von Feldern der Signalwerte [S_n] für das Objektmaterial 112 mit einem isotropen Medium bestimmt werden, wie z.B. geschmolzener Kieselerde, mit einer für die Genauigkeit erforderlichen Oberflächenebene. Noch einmal, diese relativen Änderungen in [(χ+ζ₂)_n] sind bevorzugt, und erwartungsgemäß entworfen, um gering zu sein.
Die Kohärenzzeit τ_c für einen Impuls des Strahls 1015, wird in Form eines nicht limitierenden Beispiels, als substantiell gleich der Pulsbreite τ_p2 angenommen. Unter den Bedingungen, unter denen Felder von Signalwerten [S_n] vom Detektor 116 als ein Integral über ein Zeitintervall Δt, Δt=τ_c gemessen werden, und τ_c=1/f₂ ist, ist die Beschreibung der Signalwerte [S_n] hauptsächlich den entsprechenden Teilen der Beschreibung gleich, die den Feldern von Signalwerten [S_n] der ersten Ausführung mit χ = ω2t, modulo 2π (11)gegeben wurde.
Daher ist die Beschreibung der dritten Variante der ersten Ausführung, wenn die Quelle 1010 eine gepulste Quelle mit einer Pulskohärenzzeit von τ_c ist, äquivalent zur Beschreibung der ersten Ausführung, mit dem χ der ersten Ausführung durch ω₂t ersetzt wird, modulo 2π. Die Zeit der Impulse der Quelle 1010 würde so ausgewählt, dass ω₂t einen Satz von Werten enthält, wobei jeder Wert des Satzes ein ganzzahliges Vielfaches von 2π addiert mit einem Wert aus einem finiten Satz von Werten ist, z.B., 0, π/2, π und (3/2)π. Das Timing der Impulse der Quelle 1010 wird vom Signal 1009 kontrolliert, das vom elektronischen Kontroller, Signalprozessor und Computer 2200 generiert wird.
Ein Vorteil der dritten Variante der ersten Ausführung im Verhältnis zur ersten Ausführung ist die Frequenz, bei der die Phase, die dem χ der ersten Phase entspricht, geändert werden kann. Die Frequenz für die Änderung in der Phase modulo 2π in der dritten Variante der ersten Ausführung, einer zu χ der ersten Ausführung äquivalente Phase, kann so hoch wie die Größenordnung von 5 Mhz sein und mit der Bedingung τ_c=1/f₂ konsistent bleiben.
Das Timing der Impulse aus der Quelle 1010 wird vom elektronischen Kontroller, Signalprozessor und Computer 2200 so koordiniert, dass, für eine Scanngeschwindigkeit v und der räumlichen Trennung der Elemente 30 und 32 vom Element 28, Information äquivalent zu den Feldern von Signalwerten [S_n]₁, [S_n]₂, [S_n]₃ und [S_n]₄ der ersten Ausführung für die dritte Variante der ersten Ausführung erzielt wird. Ein Normalisierung wird vom elektronischen Kontroller, Signalprozessor und Computer 2200 durchgeführt, um für eine Variation in den Effizienzen bei der Generierung und Bestimmung der Interfacekreuzterme zwischen komplexen Amplituden des Nahfeld-Rücksondenstrahls oder den Amplituden des zweiten Hintergrundrückstrahls und dem reflektierten Referenzstrahl von einem Element zu einem zweiten Element eines Feldes von Signalwerten Kompensation zu leisten. Für die Normalisierung erforderliche Information kann z.B. durch Erzielen von Feldern der Signalwerte [S_n] für das Objektmaterial 112 mit einem isotropen Medium, z.B., geschmolzener Kieselerde, mit einer für die Genauigkeit erforderlichen Oberflächenebene.
Es wird für die Fachleute offensichtlich werden, dass die Quelle 1010 der dritten Variante der ersten Ausführung durch eine CW Quelle und die Phasen der Felder von Signalwerten [S_n], die unter Verwendung bekannter Heterodyn-Bestimmungstechniken oder phasensensitiver Techniken für nicht gepulste Signale bestimmt wurden, ersetzt werden kann. Die Heterodyn-Bestimmungstechniken oder phasensensitiven Bestimmungstechniken könnten analoge phasensensitive Bestimmung oder digitale Techniken enthalten, wie einen digitalen Hilbert-Umwandlungsphasendetektor [siehe "Phaselocked loops: theory, design, and applications – Phasenregelkreise: Theorie, Entwurf und Anwendungen" zweite Ausgabe (McGraw-Hill, New York) 1993, von R. E. Best], einen Phasenregelkreis [siehe R. E. Best, ibid.], eine FFT mit gleitendem Fenster [siehe digitale Techniken für Breitbandempfänger, (Artech House, Boston) 1995, von J. Tsui], ohne sich weder von der Zielsetzung noch vom Geist der vorliegenden Erfindung zu entfernen.
Es wird den Fachleuten ebenso klar werden, dass die dritte Variante der ersten Ausführung modifiziert werden kann, um so zwei oder mehr gleichzeitige Messungen von Feldern von Signalwerten [S_n] gemäß den Lehren der zweiten Variante der ersten Ausführung zu erhalten, ohne sich von der Zielsetzung und vom Geist der vorliegenden Erfindung zu entfernen.
Der Phasenschieber 64 könnte in der dritten Ausführung verwendet werden, um zu bestätigen, dass die Werte der Phasenverschiebungen, die durch die Kombination des Timings der Impulse aus der Quelle 1010 und dem Modulator 76 erzeugt werden, äquivalent zu einem gewünschten Satz von Phasenverschiebungen sind. Die übrige Beschreibung der dritten Variante der ersten Ausführung ist gleich den entsprechenden Teilen der in der ersten Ausführung gegebenen Beschreibung.
Eine vierte Variante der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird schematisch in der 1d gezeigt. Die vierte Variante der ersten Ausführung unterscheidet sich von der dritten Variante der ersten Ausführung in der Verwendung von zwei unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten für einen Eingangsstrahl. Die vierte Variante der ersten Ausführung erzielt gleichzeitig zwei Felder von Signalwerten [S_n]_m, die den zwei unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten des Eingangsstrahls entsprechen, anstatt der Erzielung von Feldern von Signalwerten [S_n]_m, die einer einzigen Wellenlänge des Eingangsstrahls 1016 in der dritten Variante der ersten Ausführung entsprechen.
Viele Elemente der vierten Variante der ersten Ausführung führen ähnliche Funktionen aus, wie Elemente der dritten Variante der ersten Ausführung und werden in 1d mit denselben Elementnummern wie die entsprechenden Elemente der dritten Variante der ersten Ausführung in 1c bezeichnet.
Die Lichtquelle 2010 enthält zwei gepulste Quellen, die mit zwei verschiedenen Wellenlängen arbeiten. Die gepulsten Strahlen werden mit einem dichroitischen Strahlensplitter (nicht in der 1d gezeigt) zum Strahl 1012 kombiniert. Die Beschreibung des Strahles 1012 der vierten Variante der ersten Ausführung ist gleich den entsprechenden Teilen der Beschreibung, die für den Strahl 1013 der dritten Variante der ersten Ausführung gegeben wurde, mit der Ausnahme in Bezug auf die Tatsache, ein gepulster Strahl mit zwei unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten zu sein. Das Timing der Impulse aus den zwei unterschiedlichen Wellenlängenquellen wird mit einem Signal 128 vom elektronischen Kontroller, Signalprozessor und dem Computer 2200 kontrolliert.
Die Beschreibung des Strahls 40 der vierten Variante der ersten Ausführung ist gleich den entsprechenden Teilen der Beschreibung, die für den Strahl 40 der dritten Variante der ersten Ausführung gegeben wurde, mit der Ausnahme in Bezug auf die Tatsache, ein gepulster Strahl mit zwei unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten zu sein.
Die übrige Beschreibung der vierten Variante der ersten Ausführung ist gleich den entsprechenden Teilen der Beschreibung, die für die vierte Variante der ersten Ausführung gegeben wurde.
Ein Vorteil der vierten Variante der ersten Ausführung ist das gleichzeitige Erzielen von zwei Feldern von Signalwerten [S_n]_m, die den zwei unterschiedlichen Wellenlängen entsprechen.
Zusätzliche Reflektion- und/oder Streueigenschaften der unterschiedlichen Nahfeldsondenstrahlen durch das Objektmaterial 112 könnten zur Bestimmung spezieller Eigenschaften des Objektmaterials 112 erforderlich sein, wenn das Objektmaterial 112 Strukturen mit Dimensionen in der Größenordnung der Wellenlänge λ und kleiner enthält und von unterschiedlicher Zusammensetzung, z.B. Silizium, Siliziumnitrid, Titaniumnitrid, Aluminium, Kupfer, Siliziumdioxid und anderen halbleitenden, leitenden und isolierenden Materialien. Die Strukturen könnten unterhalb der Oberfläche eingebettet sein und/oder auf der Oberfläche des Objektmaterials 112, benachbart zum leitenden Element 28 lokalisiert sein. Die Strukturen könnten weiterhin magnetooptische Dünnfilmmaterialien, wie amorphe Übergangsverbindungen seltener Erden, zur magnetooptischen Speicherung von Daten enthalten. Die Dimensionen der Strukturen könnten in der Größenordnung der Wellenlänge λ und kleiner sein, in einer oder zwei Richtungen parallel zur Oberfläche des Objektmaterials 112 und/oder in der einen Richtung orthogonal zur Oberfläche des Objektmaterials 112. Die Strukturen könnten weiterhin komplexe Brechungsindizes enthalten, die sich für eine Komponentenstruktur im Vergleich zur anderen Komponentenstruktur unterscheiden.
Bestimmte der zusätzlichen Reflexions- und oder Streueigenschaften des Objektmaterials 112 werden durch ein zweite und dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung erreicht, worin Nahfeldsondenstrahlen verwendet werden, die zu den in der ersten Ausführung verwendeten Nahfeldsondenstrahlen unterschiedlich sind. Die zweiten und dritten Ausführungen werden schematisch in den Abbildungen 2 und 3 dargestellt. Viele Elemente der zweiten und dritten Ausführungen, gezeigt in den Abbildungen 2 und 3, führen dieselben Funktionen wie die ähnlich nummerierten Elemente der ersten Ausführung, gezeigt in 1a, aus.
Der primäre Unterschied zwischen den zweiten und dritten Ausführungen und deren Varianten ist der Einfallswinkel des Messstrahls 22 an der Oberfläche der leitenden Schicht 28. Für die erste Ausführung und deren Varianten ist der Einfallswinkel hauptsächlich normal zur Oberfläche der leitenden Schicht 28. Für die zweiten und dritten Ausführungen ist der Einfallswinkel von der Größenordnung eines Radianten, wie in den Abbildungen 2 und 3 gezeigt.
Der Messstrahl 22 der zweiten Ausführung, wie in 2 gezeigt, wird sequentiell von den Spiegeln 19A, 19B und 19C reflektiert und fällt er auf eine Linsenanordnung ein, die die Linsen 124 und 126 enthält. Die Phasenverzögerungsplatte 18 wird mit einem Signal 128, das vom elektronischen Kontroller, Signalprozessor und Computer 200 generiert wird, so kontrolliert, dass der Polarisationszustand des Messstrahls 22 parallel zur Ebene der 2 liegt. Das Verhältnis der Linsen 124 und 26 wird in 4a gezeigt. Der Messstrahl 22 der zweiten Ausführung wird durch die Linsenanordnung auf dem Element 28 mit einem Einfallswinkel in der Größenordnung von einem Radianten auf einen Strahlenspot fokussiert, der das Feld der Subwellenlängenöffnungen und Subwellenlängenstreustellen im Element 28 enthält.
Ein erster Teil des auf die Subwellenlängenöffnungen 30 einfallenden Messstrahls wird als ein modifizierter Nahfeldsondenstrahl weitergeleitet. Der primäre Unterschied zwischen dem modifizierten Nahfeldsondenstrahl der zweiten Ausführung und dem Nahfeldsondenstrahl der ersten Ausführung ist ein Unterschied in der Nahfeldmultipolzusammenstellung. Die Nahfeldmultipolzusammenstellung des Nahfeldsondenstrahls der ersten Ausführung enthält einen signifikanten Nahfeldterm, der mit einem magnetischen Dipol assoziiert ist, der an der entsprechenden Öffnung der Öffnungen 30 lokalisiert ist.
Die Nahfeldmultipolzusammenstellung eines Nahfeldsondenstrahls der zweiten Ausführung enthält signifikante Nahfeldterme, die sowohl mit magnetischen Dipolen, als auch elektrischen Dipolen assoziiert sind, die an einer entsprechenden Öffnung der Öffnungen 30 lokalisiert ist[siehe J. D. Jackson, Classical Electrodynamics, Kapitel 9 zweite Ausgabe (Wiley-New York) (1975); "Diffraction Theory – Beugungstheorie," C. J. Bouwcamp, Reports and Progress in Physics, 17, pp. 35–100, ausgegeben von A. C. Strickland, The Physical Society (1954)]. Wegen der Unterschiede in räumlichen Eigenschaften der Nahfelder, die mit einem magnetischen Dipol assoziiert sind, und in räumlichen Eigenschaften der Nahfelder, die mit einem elektrischen Dipol assoziiert sind (siehe 4b für die Verteilungen von bestimmten Komponenten von elektrischen Feldern, die mit einem magnetischen Dipol assoziiert sind, der zur Ebene des leitenden Elements 28, und mit einem elektrischen Dipol, der orthogonal zur Ebene des leitenden Elements 28 ausgerichtet ist), ist die komplexe Amplitude des Nahfeldrückstrahls, die von der zweiten Ausführung gemessen wird, verschieden von der komplexen Amplitude des Nahfeld-Rücksondenstrahls, die von der ersten Ausführung gemessen wird. Als eine Konsequenz repräsentiert die komplexe Amplitude des Nahfeld-Rücksondenstrahls, gemessen von der zweiten Ausführung, eine "Abbildung" des dreidimensionalen Volumensektors des Objektmaterials 112, die sich vom entsprechenden Abbild des Objektmaterials 112 unterscheidet, das durch die komplexe Amplitude des Nahfeld-Rücksondenstrahls, gemessen von der ersten Ausführung, repräsentiert wird.
Die Beschreibung des Rückstrahls 134 und seiner anschließenden Behandlung durch die zweite Ausführung ist gleich dem entsprechenden Teil der für den Rückstrahl 334 und seiner anschließenden Behandlung durch die erste Ausführung gegebenen Beschreibung. Auch die Beschreibung des Referenzstrahls 150 und seiner anschließenden Behandlung durch die zweite Ausführung ist gleich dem entsprechenden Teil der Beschreibung, die für den Referenzstrahl 34 und seiner anschließenden Behandlung durch die erste Ausführung gegeben wurde.
Die übrige Beschreibung der zweiten Ausführung ist gleich den entsprechenden Teilen der für die erste Ausführung gegebenen Beschreibung.
Die Beschreibung der dritten Ausführung ist gleich den Teilen der zweiten Ausführung, mit der Ausnahme bezüglich der Richtung der entsprechenden Messstrahlen, die auf das leitende Element 28 einfallen. Es wurde bereits erwähnt, dass die Einfallswinkel des Messstrahls 22 in den zweiten und dritten Ausführungen dieselbe Größe haben. Wie jedoch in 3 gezeigt, fällt der Messstrahl der dritten Ausführung auf das leitende Element 28 von der rechten Seite der 3 ein, während der Messstrahl der zweiten Ausführung von der linken Seite der 2 auf das leitende Element 28 einfällt. Als eine Konsequenz der zitierten Unterschiede in den Richtungen der Ausbreitung der Messstrahlen am leitenden Element 28 für die zweiten und dritten Ausführungen, ist eine relative Phase eines magnetischen Dipols und eines elektrischen Dipols, die an der entsprechenden Öffnung der Öffnungen 30 lokalisiert sind, für die zweiten und dritten Ausführungen verschieden.
Als ein Resultat des Unterschieds in der relativen Phase eines magnetischen Dipols und eines elektrischen Dipols, die an der entsprechenden Öffnung der Öffnungen 30 lokalisiert sind, zwischen der zweiten und dritten Ausführung, repräsentiert die komplexe Amplitude des Nahfeld-Rücksondenstrahls, gemessen von der dritten Ausführung, ein anderes "Abbild" eines dreidimensionalen Volumensektors des Objektmaterials 112, verschieden von einem entsprechendem Abbild des Objektmaterials 112, das durch die komplexe Amplitude des Nahfeld-Rücksondenstrahls, gemessen von der ersten oder zweiten Ausführung, repräsentiert wird.
Die übrige Beschreibung der dritten Ausführung ist gleich den entsprechenden Teilen der für die zweite Ausführung gegebenen Beschreibung.
Die seitliche Auflösung der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung liegt in der Größenordnung von h. Eine verbesserte seitliche Auflösung kann in der vorliegenden Erfindung z.B. durch Subtraktion gemessener Amplituden eines reflektierten/gestreuten Sondenstrahls erhalten werden, wobei der Nahfeldsondenstrahl hauptsächlich durch einen elektrischen Dipole aus gemessenen komplexen Amplituden eines reflektierten/gestreuten Sondenstrahls charakterisiert ist, wobei der Nahfeldsondenstrahl hauptsächlich durch einen magnetischen Dipol charakterisiert ist. Dies wird den Fachleuten bei der Betrachtung von assoziierten Feldverteilungen der elektrischen und magnetischen Dipolfeldverteilungen, die in 4b gezeigt werden, klar werden.
Die von irgendeiner an Subwellenlängenöffnungen 30 lokalisierten Multipolquelle generierten elektrischen Felder, die mit den Nahfeldsondenstrahlen für die ersten, zweiten, dritten und vierten Ausführungen und deren Varianten assoziiert sind, haben gewöhnlich an einer speziellen Stelle im Objektmaterial 112 beschränkte Richtungsspielräume. Diese Fähigkeit der vorliegenden Erfindung führt gewöhnlich zu einer einfacheren inversen Kalkulation für die Eigenschaften des Objektmaterials 112 aus den gemessenen Feldern der Signalwerte [S_n]₁, [S_n]₂ [S_n]₃, und [S_n]₄, und, falls von einer Endbenutzungsanwendung gefordert, aus den gemessenen Feldern der Intensitätswerte [S_n]₃–[S_n]₄–[(S_I)_n]₃–[(S_I)_n]₄, im Vergleich zur inversen Kalkulation, die in Profilern, Interferometrie oder anderswo aufgerufen werden, die von einer räumlichen Auflösung abhängen, die von einer Abbildung mit einem traditionellen optischen System bestimmt wurde.
Die inverse Kalkulation ist in den gegenwärtig beschriebenen Ausführungen einfacher, da die Ausbreitungsrichtungen der Komponenten eines Nahfeldsondenstrahls an einem gegebenen Volumensektor eines Objektes, das profiliert/abgebildet wird, für eine gegebene Messamplitude und Phase eines reflektierten/gestreuten Nahfeldsondenstrahls aus dem Volumensektor, hauptsächlich dieselben sind, worin die Dimensionen des Volumensektors viel kleiner sind, als die Dimensionen der Quelle des Nahfeldsondenstrahls. Der Inversionstyp der Kalkulation wir weiterhin in den jetzt beschriebenen Ausführungen vereinfacht, da die Ausbreitungsrichtungen der Komponenten eines reflektierten/gestreuten Nahfeldsondenstrahls aus einem gegebenen Volumensektor eines Objektes, das profiliert/abgebildet wird, hauptsächlich für einen gegebene gemessene Amplitude und Phase eines reflektierten/gestreuten Nahfeldsondenstrahls aus dem Volumensektor gleich sind. Der Inversionstyp der Kalkulation wird auch weiterhin in den jetzt beschriebenen Ausführungen vereinfacht, da die Ausbreitungsrichtungen von Komponenten eines Nahfeldsondenstrahls an einem gegebenen Volumensektor eines Objektes, das profiliert/abgebildet wird, und die Ausbreitungsrichtungen von Komponenten eines resultierenden Nahfeldsondenstrahls aus dem Volumensektor des Objektes, das profiliert/abgebildet wird, für eine gegebenen gemessene Amplitude und Phase eines reflektierten Nahfeldsondenstrahl aus dem Volumensektor hauptsächlich in gegensätzliche Richtungen liegen.
Es wird für die Fachleute klar werden, dass die zweiten und dritten Ausführungen modifiziert werden können, um so zwei oder mehr simultane Messungen von Feldern von Signalwerten [S_n] zu erhalten und/oder einen kontinuierlichen Scannmodus mit einer gepulsten Quelle oder gepulsten Quellen mit verschiedenen Wellenlängen entsprechend den Lehren der zweiten, dritten und vierten Varianten der ersten Ausführung zu verwenden, ohne vom Geist und der Zielsetzung der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Der komplexe Brechungsindex der Komponenten des Objektmaterials könnte temperaturabhängig sein, z.B., die Leitfähigkeit eines leitenden Materials oder die Magnetisierung eines Materials. Es wird den Fachleuten klar werden, dass die erste Ausführung und ihre Varianten und die zweiten und dritten Ausführungen, die konfiguriert sind, um die Brechungsindizes von Komponenten des Objektmaterials 112 zu überwachen und zu bestimmen, benutzt werden können, um Änderungen in der Temperatur einer Untersektors des Objektmaterials zu überwachen und/oder zu bestimmen, ohne vom Geist und der Zielsetzung der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bestimmte andere zusätzliche Reflexions- und/oder Streueigenschaften des Objektmaterials 112 werden durch eine vierte Ausführung der vorliegenden Erfindung erhalten, worin ein unter Prüfung stehendes Objektmaterial ein Feld von magnetooptischen Bereichen oder Strukturen eines magnetooptischen Materials enthält. Die vierte Ausführung enthält weiterhin ein Abbildungs- und Bestimmungssystem für einen Rückstrahl, der vom Objektmaterial reflektiert/gestreut wird, worin der dem Rückstrahl 34 entsprechende reflektierte Strahl der ersten Ausführung aus dem Abbildungs- und Bestimmungssystem des Rückstrahls 34 verschieden ist. Ein Beispiel eines magnetooptischen Materials ist eine amorphe Übergangsmetallverbindung aus seltenen Erden. Die vierte Ausführung der vorliegenden Erfindung wird in den Abbildungen 6a – 6c dargestellt. Viele Elemente der in 6a gezeigten vierten Ausführung führen die gleichen Funktionen aus, wie gleich nummerierte Elemente der in 1a gezeigter erster Ausführung.
Die Polarisierungsebene von optischen Strahlen erleidet gewöhnlich eine kleine Kerr- oder Faraday-Rotation in einer Reflexion und/oder einem Streuprozess an einem magnetooptischen Bereich. Das Abbildungs- und Bestimmungssystem für den Rückstrahl 334 der vierten Ausführung wurde entworfen, um einen Effekt dieser kleinen Rotation der Polarisierungsebene einer Nahfeldrückstrahlenkomponente des Strahls 334 zu messen, der von einem magnetooptischen Bereich in einer magnetooptischen Scheibe 412 reflektiert und/oder gestreut wurde. Der Rückstrahl 334 der vierten Ausführung wird durch Strahlen 334A und 3348 in der 6a dargestellt, worin der Rückstrahl 334 Strahlen zwischen den Strahlen 334A und 3348 enthält.
Die Beschreibung der Linsen 324 und des Objektivs 326 vom Typ Amici, gezeigt in 6b, ist der Beschreibung gleich, die für die Linsen 24 und 26 der ersten Ausführung gegeben wurde. Ein leitendes Element 328 wird an die Linsen 326 angebracht (siehe 6b) und ist das gleiche, wie ein leitendes Element 28, das an die Objektivlinsen 26 des Typs Amici angebracht wurde. Das leitende Element 328 enthält Subwellenlängenöffnungen 330, deren Beschreibung dem entsprechenden Teil der Beschreibung gleich ist, die für die Subwellenlängenöffnungen 30 der ersten Ausführung gegeben wurde. Der Durchmesser und der Abstand der Subwellenlängenöffnungen 330 sind a' und b', und die Entfernung der benachbarten Oberflächen des leitenden Elementes 328 und Objektmaterials 412 ist h', wie in 6c gezeigt. Die Beschreibung von a' und b' und h' ist der entsprechenden Beschreibung gleich, die für a, b und h der ersten Ausführung gegeben wurde.
Die seitliche Lokalisierung und Höhe der Linsen 326 relativ zur magnetooptischen Scheibe 412, werden von einem Regelkreis (nicht gezeigt) aufrechterhalten. Bevorzugt wird die Höhe h' etwa auf einer Höhe von 2a' oberhalb der magnetooptischen Platte durch ein Luftlager (eine schwebende Objektivlinse des Typs Amici) gehalten.
Es wird den Fachleuten klar werden, dass eine feste Immersionslinse, wie sie von T. R. Corle und G. S. Kino in dem U.S. Patent mit der Nummer 5,125,750 mit dem Titel "Optical Recording System Employing A Solid Immersion Lens – Optisches Aufnahmesystem mit einer festen Immersionslinse," ausgegeben 1992, beschrieben ist, zwischen einem Objektiv des Interferometersystems der vierten Ausführung und der magnetooptischen Scheibe verwendet werden könnte, ohne vom Geist und der Zielsetzung der Erfindung abzuweichen.
Die Beschreibung der Ausbreitung der Strahlen 334 und 50 durch die Anordnung der vierten Ausführung, um einen Strahl 338 zu bilden, ist dem entsprechenden Teil der Beschreibung gleich, der für die Ausbreitung der Strahlen 34 und 50 durch die Anordnung der ersten Ausführung gegeben wurde, um einen Strahl 38 zu bilden. Der Strahl 338 wird in der 6a mit den Strahlen 338A und 338B dargestellt, worin der Strahl 338 Strahlen zwischen den Strahlen 338A und 338B enthält.
Das in 6a dargestellte Element 368 enthält eine Halbwellen- Phasenverzögerungsplatte. Die Orientierung der Halbwellen-Phasenverzögerungsplatte ist ausgerichtet, um die Polarisierungsebene der Rücksondenstrahlkomponente des Strahls 338 zu rotieren, um so eine Sensitivität der erkannten Signale, beschrieben im Anschluss, auf Effekte einer Änderung in einem magnetischen Zustand der magnetischen Bereiche in einer magnetooptischen Scheibe 412 zu maximieren.
Der Strahl 338 wird von der Halbwellen-Phasenverzögerungsplatte 368 weitergeleitet und ein erster Teil davon wird vom polarisierenden Strahlensplitter durchgelassen und dann als gemischter (mit Bezug auf Polarisierung) von der Linse 62A als Strahl 340 fokussiert. Der Strahl 340 wird in der 6b mit den Strahlen 340A und 340B dargestellt, worin der Strahl 340 Strahlen zwischen den Strahlen 340A und 340B enthält. Der gemischte Strahl 340 wird auf eine Nadelstichporenebene 314A so fokussiert, dass eine Nadelstichpore in der Bildebene 314A ein zugeordnetes Abbild einer Subwellenlängenöffnung 330 im leitenden Element 328 ist. Ein zweiter Teil des Strahles 338, weitergeleitet von der Halbwellen-Phasenverzögerungsplatte 368 wird vom polarisierenden Strahlensplitter 101 reflektiert und dann als gemischter Strahl (mit Bezug auf die Polarisierung) durch die Linsen 62B als Strahl 342 fokussiert. Der Strahl 342 wird in der 6a mit den Strahlen 342A und 342B dargestellt, worin der Strahl 342 Strahlen zwischen den Strahlen 342A und 342B enthält. Der gemischte Strahl 342 wird auf eine Nadelstichpore in der Bildebene 314B so fokussiert, dass die Nadelstichpore in der Bildebene 314B und die Nadelstichpore in der Bildebene 314A zugeordnete Abbilder derselben Subwellenlängenöffnung 330 im Leiter 328 sind.
Die Beschreibung der Bildebenen 314A und 314B, der Detektoren 316A und 316B und der Signale 431A und 431B ist dem entsprechenden Teil der Beschreibung gleich, der für die Bildebene 114, den Detektor 116 und das Signal 131 der ersten Ausführung gegeben wurde.
Die Arbeitsweise der Anordnung der vierten Ausführung der in 6a dargestellten vorliegenden Erfindung basiert auf der Aufnahme einer Sequenz von entsprechenden Feldern von Signalwerten [S_n]₉ und [S_n]₁₀ durch die Detektoren 316A und 316B. Die zwei entsprechenden Felder von Signalwerten [S_n]₉ und [S_n]₁₀ werden zum elektronischen Kontroller, Signalprozessor und Computer 400 in entweder digitalem oder analogem Format, vorzugsweise im digitalen Format, als Signale 431A und 431B zur anschließenden Verarbeitung gesendet.
Die anschließende Beschreibung der vierten Ausführung wird in den Themen der optischen Daten-Speicherung und Wiedergewinnung auf dem polaren magnetooptischen Kerr-Effekt als einem nicht begrenzenden Beispiel basieren, ohne vom Geist und der Zielsetzung der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Wenn linear polarisiertes Licht normal auf ein in senkrechter Richtung magnetisiertes Medium einfällt, hat der reflektierte Zustand der Polarisation mit Hilfe des magnetooptischen Kerr-Effekts eine kleine Rotation und irgendeinen Grad von Ellipsengestalt. Man könnte die reflektierte Polarisation als aus zwei Komponenten bestehend betrachten: E∥, das parallel zur Richtung der einfallenden Polarisation und E∥, das senkrecht zu ihr ist. Die Phasendifferenz zwischen E∥ und E⊥ liegt irgendwo zwischen 0° und 90°, resultierend in einem Strahl, der irgendeinen Grad von Ellipsengestalt ε_k besitzt, mit der um einen Winkel θ_k (relativ zur Einfallsebene der Polarisation) rotierten Hauptachse der Polarisationsellipse.
Die optimale Sensitivität auf Effekte der magnetooptischen Bereiche des Objektmaterials 412 wird durch Auswahl einer speziellen Festlegung der Orientierung einer Halbwellen-Phasenverzögerungsplatte 368 und durch die Auswahl einer speziellen Phasenverschiebung χ, die vom Phasenschieber 64 eingeführt wird. Die spezielle Festlegung der Orientierung der Halbwellen-Phasenverzögerungsplatte 368 ist diejenige, für die die Ebene der Polarisation des Rücksondenstrahlkomponente E∥ des Strahles 338 am polarisierenden Strahlensplitter 101 bei einem Winkel von 45° zur Einfallsebene liegt. Die spezielle Phasenverschiebung χ ist diejenige, für die die Referenzstrahlkomponente E_n und die Rücksondenstrahlkomponente E⊥ des Strahls 338 entweder in Phase oder um 180° außerhalb der Phase liegt. Dann können die entsprechenden Felder der Signalwerte [S_n]₉ und [S_n]₁₀ ausgedrückt werden als
wobei (η)_n ein Feld von Konstanten der Proportionalitäten ist. Der Effekt des polaren magnetooptischen Kerr-Effekts wird dann als die Differenz der entsprechenden Felder von Signalwerten [S_n]₉ und [S_n]₁₀ gemäß der Gleichung
wobei (φ)_n der Phasenwinkel zwischen (E∥)_n und (E⊥)_n ist. Der Wert von (E_R)_n relativ zum Wert eines Hintergrundrückstrahls wird vorzugsweise gewählt, um den Störabstand für die gemessene Größe (E⊥/E_R) zu maximieren, wie in einem anschließenden Abschnitt mit dem Titel "Statistischer Fehler" beschrieben wird.
Information wird durch einen thermomagnetischen Prozess in ein optisches Speicherelement 412 geschrieben. Ein Elektromagnet 499 wird in die Nähe einer optischen Scheibe 412 platziert und eine oder mehr der Nadelstichporen in der Nadelstichporenebene 3145A werden von Laserquellen (d.h. Schreibstrahlquellen) ersetzt, deren Intensitäten und/oder Phasen von einem Kontroller und Computersystem kontrolliert werden. Das Feld des elektromagnetischen Feldes hilft die Richtung der Magnetisierung in den von den Nahfeldsondenstrahlen aufgeheizten Bereichen auszurichten, die von den an den Nadelstichporen in der Nadelstichporenebene 314A lokalisierten Abbilder der Laserquellen erzeugt wurden, und deren Interferenz mit den aus dem Messstrahl (der zum Schreiben von Anwendungen Referenzstrahlen definiert) abgeleitenden Nahfeldsondenstrahlen. Die Laserquellen (Schreibstrahlquellen) können von einem Feld von unabhängig kontrollierten Lasern produziert werden, oder von einem einzigen Laser, der in Verbindung mit einem Raumlichtmodulator arbeitet, um die unabhängig kontrollierten Laserquellen zu produzieren. Das System kann eine bewegliche Plattform (nicht gezeigt) zum anpassbaren Umschalten des Detektorfeldes mit den Schreibstrahlenlaserquellen enthalten.
Daher erlaubt die bewegliche Plattform dem System, von einer Leseoperation auf eine Schreiboperation umzuschalten.
Es wird den Fachleuten klar werden, dass die vierte Ausführung modifiziert werden kann, um drei oder mehr gleichzeitige Messungen von Feldern von Signalwerten [S_n] zu erhalten und/oder einen kontinuierlichen Scannmodus mit einer gepulsten quelle zu verwenden oder Quellen, die mit zwei oder mehr Wellenlängen entsprechend den Lehren aus der zweiten, dritten und weitern Varianten der ersten Ausführung und den zweiten und dritten Ausführungen arbeiten, ohne vom Geist und der Zielsetzung der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Es wird den Fachleuten klar werden, dass Information, die über das Objektmaterial 112 und optische Speicherelement erlangt wird, hautsächlich unsensitiv gegenüber Vibrationen ist, wenn die vorliegende Erfindung mit Feldern von Subwellenlängenöffnungen verwendet wird, da diese Vibrationen die räumliche Trennung der Maske/Probe über das Öffnungsfeld hinweg hauptsächlich gleichmäßig beeinflusst.
Bemerkenswert, da die jetzt beschriebene Ausführung eine Polarisationsrotation des Nahfeldsignalstrahls misst, entsprechend dem binären magnetooptischen Zustand eines speziellen Bereiches des optischen Speicherelements 412, während der erste Hintergrundrückstrahl, beschrieben in den vorhergehenden Ausführungen, dafür in den Interferenzsignalen kompensiert werden muss. Das ist gewöhnlich der Fall, wenn das optische Speicherelement binäre Information speichert. In anderen optischen Speicherausführungen können die in den vorhergehenden Ausführungen beschriebenen Kompensationsschemata, z.B., solche, die Streustellen an der Nahfeldmaske und dem Referenzobjekt anwenden, verwendet werden, den Beitrag des ersten Hintergrundrückstrahls zu den Referenzsignalen zu kompensieren. Die letzt genannte Kompensation würde speziell nützlich sein, wo jeder Bereich im der optischen Speichermedium analoge Information speichert oder in mehr als zwei Zuständen ist.
Allgemeiner, kann das oben beschriebene optische Speichersystem dazu verwendet werden, Information aus und/oder in optische Speichermedien einzulesen und/oder zu schreiben, aus einem magnetooptischen Medium, z.B., einem Photobrechungsmedium oder anderen Medien, in die Information als eine Änderung im komplexen Brechungsindex geschrieben wird.
Jede der oben beschriebenen Ausführungen kann in einem Weiterleitungsmodus implementiert werden. Eine fünfte Ausführung, in 9 schematisch gezeigt, ist ein Beispiel einer solchen Ausführung. Die fünfte Ausführung ist ein scannendes, interferometrisches Nahfeldmikroskop, das in einem Weiterleitungsmodus arbeitet.
Viele Elemente der fünften Ausführung führen ähnliche Funktionen wie die Elemente der ersten Ausführung aus und werden in der 9 mit denselben Elementnummern bezeichnet, wie entsprechende Elemente der, in der 1a gezeigter, erster Ausführung.
Der Strahl 20 fällt auf einen nicht polarisierenden Strahlensplitter 102 ein, und ein erster Teil davon wird als Messstrahl 22T weitergeleitet. Der Messstrahl 22T wird danach vom Spiegel 92 reflektiert und dann nach der Reflektion durch den Spiegel 92 auf einen Spot auf dem Substrat 112T fokussiert. Das Substrat 112T enthält ein transparentes Substrat bei der Wellenlänge des Strahls 20 und ein Feld von Wellenlängen- und/oder Subwellenlängenöffnungen entsprechend den Öffnungen 30 der ersten Ausführung. Ein Teil des auf den Spot fokussierten Messstrahls 22T wird durch die Subwellenlängenöffnungen 30 als eine Gruppe von Nahfeldsondenstrahlen weitergeleitet. Die Beschreibung der Subwellenlängenöffnungen 30 ist dem entsprechenden Teil der Beschreibung gleich, der für das Feld der Subwellenlängenöffnungen 30 der ersten Ausführung gegeben wurde. Der Durchmesser des Spots ist groß genug, um das Feld der Subwellenlängenöffnungen 30 zu überspannen.
Die durch das Feld von Nahfeldstrahlen zu prüfende Probe 25 ist an der flachen Oberfläche der Linse 26T des Typs Amici platziert. Die Gruppe der Nahfeldsondenstrahlen wird durch die Probe 25 als weitergeleiteter Strahl 34 weitergeleitet, entsprechend zum Strahl 34 der ersten Ausführung mit Bezug auf die anschließende Bearbeitung durch die Anordnung der ersten Ausführung.
Ein zweiter Teil des Strahls 20 wird vom Spiegel 102 als Referenzstrahl 50T reflektiert, wie in 9 gezeigt. Der Referenzstrahl 50T wird durch eine Öffnung in der Linse 60 als Referenzstrahl 52 nach der Reflexion durch die Spiegel 94A, 94B und 94C weitergeleitet. Die Beschreibung des Referenzstrahls 52 ist gleich den entsprechenden Teilen der für den Referenzstrahl 52 gegebenen Beschreibung der ersten Ausführung.
Die übrige Beschreibung der fünften Ausführung ist gleich den entsprechenden Teilen der Beschreibung, die für die erste Ausführung und ihre Varianten und die zweite, dritte und vierte Ausführungen gegeben wurde.
STATISTISCHER FEHLER
Betrachten sie die Antwort der Anordnung auf ein Objektmaterial 112 der ersten Ausführung und ihrer Varianten und der zweiten, dritten und fünften Ausführungen und des optischen Speicherelements 412 der vierten Ausführung. Die folgende Beschreibung wird in Terms des Objektmaterials 112 erfolgen, ohne vom Geist und der Zielsetzung der Erfindung abzuweichen. Die einem bestimmten Pixel des Detektors 116 und einem entsprechenden Subwellenlängenöffnungselement 30 entsprechenden Ausgabesignale (S_n), mit einer bestimmten Lage des Objektmaterials 112 relativ zur leitenden Ebene 28, haben die Form
wobei die Integration
über die Fläche der entsprechenden Detektornadelstichpore an der Ebene 114 und für ein Zeitintervall Δt erfolgt, ∪_R, ∪_B und ∪_S die komplexen Amplituden des reflektierten Referenzstrahls, des ersten Hintergrundrückstrahls und des Nahfeld-Rücksondenstrahls sind, j² = –1, und χ die vom Phasenschieber 64 eingeführte Phasenverschiebung 64 ist. Die entsprechenden Gleichungen von Signaldifferenzen [ΔS_n]₁ = [ΔS_n]₁–[ΔS_n]₂ und [ΔS_n]₂= [ΔS_n]₃– [ΔS_n]₄ können als
ausgedrückt werden.
Die statistischen Fehler für und
Es wurde bei der Ableitung de Gleichungen (17) und (18) angenommen, dass
und
ist, d.h., die statistische Störung im System wird durch die Poisson-Statistik von Photonen bestimmt, die in einem Quantenphotonendetektor erkannt werden und beide
entsprechen einer großen Zahl von Photonen, die im Quantenphotonendetektor erkannt werden. Für den Fall, dass
und
können die Terme der rechten Seite der Gleichungen (17) und (18), die von ∪_S abhängen, vernachlässigt werden. Dies führt zu vereinfachten Gleichungen
Es ist lohnt sich, zu bemerken, dass der zusätzliche Gewinn im Störabstand für
und
Erhalten wird, wobei der Faktor durch das Gehen von
etwa (3/2) ist. Jedoch wird der zuletzt genannte Gewinn auf Kosten eines beträchtlichen Anwachsens in der Energie der Quelle und des erforderlichen dynamischen Bereich der Signalverarbeitungselektronik gemacht. Daher wird die optimale Wahl von |∪_R| typischer Weise
sein. Wenn die in Gleichung (21) ausgedrückte Bedingung erfüllt ist, werden die durch die Gleichungen (19) und (20) gegebenen statistischen Fehler wie in den folgenden Ungleichungen ausgedrückt, begrenzt:
Die Interpretation der Gleichungen (17) und (18), (19) und (20) und (22) und (23) ist die folgende: es ist möglich, aus einem Satz von vier Intensitätsmessungen die Komponente einer komplexen sich ausbreitenden Amplitude so zu erlangen, dass für jede unabhängige Position im Objekt, der statistische Fehler für jede der Komponenten der abgeleiteten komplexen sich ausbreitenden Amplitude typischerweise innerhalb eines Faktors von (3/2)^1/2 des begrenzenden statistischen Fehlers liegt, fixiert durch die Statistik der komplexen sich ausbreitenden Amplitude selbst, und dass das Erwähnte in Bezug auf den statistischen Fehler mit einer niedrigeren Arbeitsenergieniveaus der Quelle und niedrigeren erforderlichen dynamischen Bereichskapazität in der Signalverarbeitungselektronik erreicht werden kann, in Verhältnis zum Stand der Technik der Nahfeldscannmikroskopen und konfokalen Mikroskopen. Der Term unabhängige Position wird verwendet, um darzulegen, dass die assoziierten Sätze der vier gemessenen Felder von Signalwerten statistisch unabhängige Felder sind.
SYSTEMATISCHER FEHLER AUF GRUND ERSTER UND ZWEITER HINTERGRUNDRÜCKSTRAHLEN
Die Gleichungen (4) und (5) können in Verbindung mit gemessenen Feldern von Signalwerten[ΔS_n]₁, [ΔS_n]₂ und |∪_R| verwendet werden, um Messungen der realen und imaginären Teile von zu erhalten. Da bleiben die potentialsymmetrischen Fehlerterme
Diese systematischen Fehlerterme können signifikant sein, wenn |∪_B| >> |∪_S| ist. Folglich ist es für die durch die Gleichungen (24) und (25) ausgedrückten Interferenzterme wünschenswert auf ein akzeptables Niveau kompensiert zu werden.
Die Kompensation für die Terme
in der hier veröffentlichten Erfindung erfordert gewöhnlich viel weniger Verarbeitung durch den Computer, als sie in der Stand der Technik Mikroskopie gefordert wird.
Dies ist so, weil die räumlichen Eigenschaften von ∪_B von den Streueigenschaften eines dreidimensionalen Objekts, das von der Stand der Technik Mikroskopie untersucht wird, abhängen und deshalb von ∪_S durch eine Integralgleichung. Diese Integralgleichungen (15) und (16) sind Fredholm-Integralgleichungen der zweiten Art. Die Computerkapazität, die erforderlich ist, um die Inversion der Integralgleichungen durchzuführen, um ∪_S zu erhalten, nimmt ab, wenn die Terme
so wie in der Anordnung, die die vorliegende Erfindung ausführt, reduziert werden. Gewöhnlich ist die Abnahmerate in der erforderlichen Computerkapazität schneller, als die Reduktionsrate der Termen
Für die interferometrischen Messungen, in denen die gegenseitigen Interferenzterme
und
im Gegensatz zur Anordnung, die die vorliegende Erfindung ausführt, nicht kompensiert werden, sind die den Gleichungen (15) und (16) entsprechenden Integralgleichungen nicht linear: es sind Integralgleichungen mit zweiter Ordnung von ∪_S. Nichtlineare Integralgleichungen erfordern gewöhnlich deutlich mehr intellektuellen Aufwand in Bezug auf Computersoftware und Hardware für ihre Lösung, als nicht lineare Gleichungen – erfordern. Daher repräsentiert die Transformation durch die Anordnung, die die vorliegende Erfindung ausführt; vom Arbeiten mit den Termen
und
auf die Terme
eine wichtige Funktion der Erfindung in Relation zum Stand der Technik in der Nahfeldmikroskopie.
Bemerken sie auch, dass die Reduktion des systematischen Fehlers auf Grund des ersten Hintergrundrückstrahls
in der Anordnung, die die vorliegende Erfindung ausführt, vollständig ist, im Gegensatz zu dem, was im Stand der Technik in der Nahfeldmikroskopie erreicht wird.
ANWENDUNGEN
Das oben beschriebene scannende, interferometrische, konfokale Nahfeldmikroskopiesystem kann besonders nützlich in der Anordnungskennzeichenidentifikation auf einem Schrittmacher oder Scanner von Lithographieanwendungen sein, die zur Herstellung hoch integrierter Schaltkreise, so wie Computerchips und Ähnlichem in einem allein stehendem Metrologiesystem zur Messung überlagernder Ausführung des Schrittmachers oder Scanners verwendet werden. Das oben beschriebene, scannende, interferometrische, konfokale Nahfeldmikroskopiesystem kann auch besonders nützlich bei der Inspektion von Masken sein, die im Schrittmacher oder Scanner verwendet werden und in der Inspektion von Halbleiterscheiben bei unterschiedlichen Stufen der Herstellung hoch integrierter Schaltkreise.
Lithographie ist der Schlüsseltechnologieantrieb für die Halbleiterfertigungsindustrie. Speziell die Verbesserung der Überlagerung ist eine der fünf schwierigsten Herausforderungen bis hin zur und unter die 100 nm Linienbreite (Entwurfregeln), siehe z.B. die Semiconductor Industry Roadmap – Halbleiterindustrie Planung, p82 (1997). Da ein Lithographiewerkzeug $50–100M/Jahr an Produkten erzeugen könnte, ist der ökonomische Wert aus der Verbesserung (Aufrechthalten) der Leistungsfähigkeit des Lithographiewerkzeugs wesentlich. Jedes % Wachstum (Verlust) in der Ausbeute der Resultate des Lithographiewerkzeugs erzeugt etwa $1M/Jahr ökonomischen Nutzen (Verlust) für den Hersteller integrierter Schaltkreise und einen wesentlichen Wettbewerbsvorteil oder Nachteil für den Lithographiewerkzeughändler.
Die Überlappung wird durch Drucken eines Musters auf ein Niveau auf der Halbleiterscheibe und eines zweiten Musters auf einem nachfolgendem Niveau auf der Halbleiterscheibe gemessen und dann durch Messung der Differenz in der Position, Orientierung und Verzerrung der beiden Muster auf einem allein stehenden Metrologiesystem.
Ein allein stehendes Metrologiesystem zur Überlagerungsmessung enthält ein Mikroskopiesystem zum betrachten der Muster, wie ein oben beschriebenes, scannendes, interferometrisches, konfokales Nahfeldsystem, verbunden mit einer Laser eich kontrollierten Plattform zur Messung der relativen Positionen der Muster, und ein Handhabungssystem für eine Halbleiterscheibe.
Die Funktion eines Lithographiewerkzeugs ist, räumlich gemusterte Strahlung auf eine Halbleiterscheibe zu leiten, die mit einem Photoschutzlack überzogen ist. Der Prozess enthält die Bestimmung der Lage der Halbleiterscheibe, in der sie die Strahlung (Ausrichtung) empfangen soll und die Anwendung der Strahlung auf den Photoschutzlack in dieser Lage.
Um die Halbleiterscheibe geeignet zu positionieren, enthält die Halbleiterscheibe Ausrichtungskennzeichen auf der Halbleiterscheibe, die von zugeordneten Sensoren, wie den oben beschriebenen, scannenden, interferometrischen, konfokalen Nahfeldsystemen, gemessen werden. Die gemessenen Positionen der Ausrichtungskennzeichen bestimmen die Lage der Halbleiterscheibe innerhalb des Werkzeugs. Diese Information steuert zusammen mit einer Spezifikation der gewünschten Muster auf der Oberfläche Halbleiterscheibe die Ausrichtung der Halbleiterscheibe relativ zur räumlich gemusterten Strahlung. Basierend auf dieser Information bewegt eine verschiebbare Plattform, die die mit einem Photoschutzlack überzogene Halbleiterscheibe unterstützt, so, dass die Strahlung die korrekte Lage der Halbleiterscheibe belichtet.
Während der Belichtung beleuchtet eine Strahlenquelle ein Retikel, das die Strahlung streut, um eine räumlich gemusterte Strahlung zu erzeugen. Das Retikel wird auch als eine Maske bezeichnet, und diese Begriffe werden weiter unten austauschbar verwendet. Im Fall der Reduktionslithographie sammelt eine Reduktionslinse die gestreute Strahlung und formt ein reduziertes Bild des Retikelmusters. Alternativ breitet sich, im Fall des Druckens bei großer Nähe, die gestreute Strahlung über eine kleine Entfernung (typischer Weise in der Größenordnung von Mikron) aus, bevor sie die Halbleiterscheibe kontaktiert, um ein 1:1 Abbild des Retikelmusters zu produzieren. Die Strahlung initiiert photochemische Prozesse in Schutzlack, die das Strahlenmuster in ein festes Abbild innerhalb des Schutzlackes konvertiert.
Wenn eine Maske hergestellt wird, muss sie perfekt sein. Jeder Defekt im Muster wird die Funktionalität des Halbleiterschaltkreises zerstören, der mit der Maske gedruckt wird. Bevor eine Maske an eine Halbleiterfertigungslinie geliefert wird, wird sie durch ein automatisiertes Maskeninspektionssystem geleitet, das nach irgendwelchen Defekten im Muster sucht. Es gibt zwei mögliche Strategien bei der Maskeninspektion, bekannt als Matrize zu Datenbank- und Matrize zu Matrizeinspektion. Das erste Verfahren enthält ein automatisiertes Scannmikroskop, das das Maskenmuster direkt mit den Computerdaten vergleicht, die zur Generierung der Maske verwendet wurden. Dies erfordert eine sehr große Datenverarbeitungskapazität, ähnlich zu der, die vom Maskenschreiber selbst benötigt wird. Jede Diskrepanz zwischen der inspizierten Maske und dem Datensatz, der dazu verwendet wurde, sie zu erzeugen, wird als ein Fehler gekennzeichnet. Die oben beschriebenen, scannenden, interferometrischen, konfokalen Nahfeldsysteme sind besonders gut zur automatischen Maskeninspektion geeignet, mit ihren Vorteilen in der Hintergrundreduktion und in der hauptsächlich gleichzeitigen Erfassung von eindimensionalen Linienabschnittsbildern und zweidimensionalen Abschnittsbildern.
Im Allgemeinen enthält das Lithographiesystem, auch als Belichtungssystem bezeichnet, typischerweise ein Beleuchtungssystem und ein Halbleiterscheibenpositionierungssystem. Das Beleuchtungssystem enthält eine Strahlenquelle zur Lieferung der Strahlung, wie ultravioletter, sichtbarer, Röntgen-, Elektronen-, oder Ionenstrahlung und ein Retikel oder eine Maske zum einbringen des Musters in die Strahlung, um dadurch die räumlich gemusterte Strahlung zu generieren. Zusätzlich kann, für den Fall der Reduktionslithographie, das Beleuchtungssystem eine Linsenanordnung zur Abbildung der räumlich gemusterten Strahlung auf die Halbleiterscheibe enthalten. Die abgebildete Strahlung entwickelt den Schutzlack auf der Halbleiterscheibe. Das Beleuchtungssystem enthält auch eine Maskenplattform, um die Maske zu unterstützen und ein Positionierungssystem zur Justierung der Position der Maske relativ zur durch die Maske geleiteten Strahlung. Das Halbleiterscheibenpositionierungssystem enthält eine Halbleiterscheibenplattform zur Justierung der Halbleiterscheibenplattform relativ zur abgebildeten Strahlung. Die Herstellung integrierter Schaltkreise kann vielfache Belichtungsschritte enthalten. Für eine allgemeine Referenz über Lithographie siehe, z.B., J. R. Sheats und B. W. Smith, in Microlithography: Science and Technologie – Mikrolithographie: Wissenschaft und Technologie (Marcel Dekker, Inc., New York, 1998), dessen Inhalt hier mit Referenz eingearbeitet ist.
Ein Beispiel eines Lithographiescanners 800, der ein konfokales Interferenzmikroskopiesystem (nicht gezeigt) verwendet, wird in 7a gezeigt. Das scannende, interferometrische, konfokale Nahfeldsystem wird verwendet, um die Position der Ausrichtungskennzeichen auf der Halbleiterscheibe (nicht gezeigt) innerhalb eines Belichtungssystems genau zu lokalisieren. Hier wird die Plattform 822 verwendet, um die Halbleiterscheibe relativ zu einer Belichtungsstation zu positionieren und zu unterstützen. Der Scanner 800 enthält ein Gestell 802, das andere Unterstützungsstrukturen und verschiedene Komponenten auf diesen Strukturen trägt. Eine Belichtungsbasis 804 hat darüber ein montiertes Linsengehäuse 806, auf dem eine Retikel- oder Maskenplattform 816 angebracht ist, die dazu verwendet wird, ein Retikel oder eine Maske zu unterstützen. Ein Positionierungssystem zur Positionierung der Maske relativ zur Belichtungsstation wird schematisch durch das Element 817 angezeigt. Das Positionierungssystem 817 kann z.B. piezoelektrische Wandlerelemente und entsprechende Kontrollelektronik enthalten. Obwohl es nicht in dieser Ausführung beschrieben ist, werden ein oder mehrere Interferometriesysteme dazu verwendet, um sowohl die Position der Maskenplattform genau zu messen, als auch andere bewegliche Elemente, deren Position bei Prozessen der Fertigung lithographischer Strukturen genau überwacht werden müssen (siehe über Sheats and Smith Microlithography:Science and Technology).
Die nach unten verschobene Belichtungsbasis 804 ist eine Unterstützungsbasis 813, die die Halbleiterscheibenplattform 822 trägt. Die Plattform 822 enthält einen ebenen Spiegel 828 zur Reflektion eines Messstrahls 854, der vom Interferometriesystem 826 zur Plattform geleitet wird. Ein Positionierungssystem zur Positionierung der Plattform 822 relativ zum Interferometriesystem 826, wird durch das Element 819 schematisch dargestellt. Das Positionierungssystem 819 kann z.B. piezoelektrische Wandlerelemente und entsprechende Kontrollelektronik enthalten. Der Messstrahl reflektiert zum Interferometriesystem zurück, das auf der Belichtungsbasis 804 montiert ist.
Während der Operation passiert ein Strahlungsstrahl 810, z.B., ein ultravioletter (UV) Strahl aus einem UV Laser (nicht gezeigt), durch eine optische Anordnung 812, die einen Strahl formt und wandert nach einer Reflektion vom Spiegel 814 nach unten. Danach passiert der Strahlungsstrahl 810 durch eine Maske (nicht gezeigt), die von der Maskenplattform 816 getragen wird. Die Maske (nicht gezeigt) wird auf eine Halbleiterscheibe (nicht gezeigt) auf die Halbleiterscheibenplattform 822 über eine Linsenanordnung 808 abgebildet, die in einem Linsengehäuse 806 geführt wird. Die Basis 804 und die verschiedenen von ihr unterstützten Komponenten werden von Umweltvibrationen durch ein Dämpfungssystem, dargestellt durch die Feder 820, isoliert.
Wie unter Fachleuten wohl bekannt, ist die Lithographie ein kritischer Teil der Fertigungsverfahren zur Fertigung von halbleitenden Vorrichtungen. Z.B. skizziert das U.S. Patent 5,483,343 Schritte für solche Fertigungsverfahren. Diese Schritte werden unten mit Referenz auf die Abbildungen 7b und 7c beschrieben. 7b ist ein Flussdiagramm der Sequenz der Herstellung einer Halbleitervorrichtung, wie eines Halbleiterchip (z.B. IC oder LSI), eines Bedienfeldes mit flüssigem Kristall oder eines CCD. Der Schritt 851 ist ein Entwurfsprozess zum Entwurf eines Schaltkreises einer Halbleitervorrichtung. Der Schritt 852 ist ein Prozess zur Fertigung einer Maske auf der Basis eines Schalkreismusterentwurfs. Der Schritt 853 ist ein Prozess zur Fertigung einer Halbleiterscheibe unter Verwendung eines Materials wie Silizium.
Der Schritt 854 ist ein Halbleiterscheibenprozess, der ein Vorprozess genannt wird, worin, durch die Verwendung der so vorbereiteten Maske und Halbleiterscheibe, Schaltkreise auf der Halbleiterscheibe durch Lithographie gebildet werden. Um Schaltkreise auf der Halbleiterscheibe zu bilden, die mit genügender räumlicher Auflösung den Mustern auf der Maske entsprechen, ist eine interferometrische Positionierung auf dem lithographischen Werkzeug relativ zur Halbleiterscheibe notwendig. Die hier beschriebenen, scannenden, interferometrischen, fokalen Nahfeldverfahren und Systeme können besonders nützlich sein, um die Oberfläche der Halbleiterscheibe und interne Schichten zu inspizieren, die auf der Halbleiterscheibe durch die Halbleiterscheibenverarbeitung erzeugt wurden, um die Effektivität der im Halbleiterscheibenprozess verwendeten Lithographie zu prüfen und zu überwachen. Der Schritt 855 ist ein Assemblierungsschritt, der ein Postprozess genannt wird, worin die durch den Schritt 854 verarbeitete Halbleiterscheibe in Halbleiterchips geformt wird. Dieser Schritt enthält die Assemblierung (Zerteilung und Kontaktierung) und Verpackung (Chipversiegelung). Der Schritt 856 ist ein Inspektionsschritt, worin die Prüfung der Funktionsfähigkeit, Haltbarkeit und so weiter, der im Schritt 885 produzierten Halbleitervorrichtungen, ausgeführt werden. Mit diesen Prozessen werden Halbleitervorrichtungen fertig gestellt und verschickt (Schritt 857).
7c ist ein Flussdiagramm, das Details des Halbleiterscheibenprozesses zeigt. Der Schritt 861 ist ein Oxidationsprozess zur Oxidation der Oberfläche einer Halbleiterscheibe. Der Schritt 862 ist ein CVD Prozess zur Bildung eines Isolationsfilmes auf der Halbleiterscheibenoberfläche. Der Schritt 863 ist ein Elektrodenbildungsprozess zur Bildung von Elektroden auf der Halbleiterscheibe durch Dampfablagerung. Der Schritt 864 ist ein Implantationsprozess für Ionen auf der Halbleiterscheibe. Der Schritt 865 ist ein Schutzlackprozess zur Anbringung eines Schutzlackes (photosensitives Material) auf die Halbleiterscheibe. Der Schritt 866 ist ein Belichtungsprozess zum Drucken, durch Belichtung (d.h. Lithographie) der Schaltkreismuster der Maske auf der Halbleiterscheibe mit Hilfe der oben beschriebenen Entwicklungsanordnung. Noch einmal, wie oben beschrieben, verbessern die Verwendung der hier beschriebenen, scannenden, interferometrischen, konfokalen Nahfeldsysteme und -Verfahren die Genauigkeit, Auflösung und Wartung dieser lithographischen Schritte.
Der Schritt 867 ist ein Entwicklungsprozess zur Entwicklung der belichteten Halbleiterscheibe. Der Schritt 868 ist ein Ätzprozess zur Entfernung von Teilen, außer dem entwickelten Schutzlackbild. Der Schritt 869 ist ein Schutzlackentfernungsprozess zur Entfernung des auf der Halbleiterscheibe zurückbleibenden Schutzlackmaterials, nachdem sie dem Ätzprozess ausgesetzt wurde. Durch Wiederholung dieser Prozesse werden Schaltkreise gebildet und auf der Halbleiterscheibe übereinander geschichtet.
Eine wichtige Anwendung der hier beschriebenen, scannenden, interferometrischen, konfokalen Nahfeldsysteme und -Verfahren ist die Inspektion von Masken und Retikeln, die. in den vorher beschriebenen lithographischen Verfahren verwendet wurden. Als ein Beispiel, wird ein Schema eines Maskeninspektionssystems in der 9 gezeigt. Eine Quelle 910 erzeugt einen Quellenstrahl 912 und eine scannende, interferometrische, konfokale Nahfeldanordnung 914 leitet den Strahlungsstrahl auf ein Substrat 916, das von einer beweglichen Plattform 918 unterstützt wird. Um die relative Position der Plattform zu bestimmen, leitet ein Interferometriesystem 920 einen Referenzstrahl 922 auf einen Spiegel 924, der auf einer Strahlen fokussierenden Anordnung 914 montiert ist, und einen Messstrahl 926 an einen Spiegel 928, der auf einer Plattform montiert ist. Änderungen in der vom Interferometriesystem gemessenen Position entsprechen den Änderungen in der relativen Position eines Schreibstrahls 912 auf dem Substrat 916. Das Interferometriesystem 920 sendet ein Messsignal 932 an den Kontroller 930, das die relative Position des Inspektionsstrahls 912 auf dem Substrat 916 anzeigt. Der Kontroller 930 sendet ein Ausgangssignal 934 an die Basis 936, das die Plattform 918 unterstützt und positioniert.
Der Kontroller 930 kann die scannende, interferometrische, konfokale Nahfeldanordnung 914 veranlassen, den Inspektionsstrahl über einem Bereich des Substrats zu scannen, z.B., unter Verwendung des Signals 944. Als ein Resultat weist der Kontroller die anderen Komponenten des Systems an, das Substrat zu inspizieren. Die Maskeninspektion vergleicht das Maskenmuster direkt mit den Computerdaten, die zur Maskengenerierung verwendet wurden.
Während die Erfindung mit Bezug auf ihre speziellen Ausführungen beschrieben wurde, werden die Fachleute in der Lage sein, die verschiedenen Modifikationen zu den beschriebenen Ausführungen zu machen, ohne von der Zielsetzung der vorliegenden Erfindung abzuweichen, die durch die folgenden Ansprüche definiert ist.
Was beansprucht wird, ist:

Claims

Ein interferometrisches, optisches Nahfeldmikroskopiesystem, das enthält: einen Strahlenteiler (100), der angeordnet ist, um einen Eingangsstrahl (12, 16, 20; 1012, 1016, 1020) in einen Messstrahl (22; 22T) und einen Referenzstrahl (50; 50T) zu teilen; einen Detektor (116; 316; 316B), der ein erstes Detektorelement besitzt, das auf optische Energie reagiert; Nahfeldkopplungsmittel, die positioniert sind, um den Messstrahl zu empfangen (22; 22T), und um einen ersten Teil des Messstrahls (22; 22T) mit einer Probe zu koppeln, um einen Nahfeldsensorstrahl zu definieren, wobei die Probe angeordnet ist, um zumindest einen Teil des Nahfeldsensorstrahls zu streuen, um einen Nahfeldsignalstrahl zu definieren; und Optik, die positioniert ist, um zumindest einen Teil des Referenzstrahls (50; 50T) und zumindest einen Teil des Nahfeldsignalstrahls auszurichten, um am ersten Detektorelement zu interferieren; darin gekennzeichnet, dass die Nahfeldkopplungsmittel eine Maske (28) besitzen, die zumindest eine Maskenöffnung (30; 330) mit einer Dimension (a; a; a") kleiner als die Wellenlänge des Eingabestrahls (12, 16, 20; 1012, 1016, 1020) hat, wobei die Maskenöffnung konfiguriert ist, um die Kopplung zu verursachen; die Maskenöffnung weiterhin konfiguriert ist, um den Nahfeldsignalstrahl mit der Optik zu koppeln; die Maskenöffnung weiterhin konfiguriert ist, um einen zweiten Teil des Messstrahls(22; 22T) zu streuen, um einen ersten Hintergrundrückstrahl zu definieren; die Maske weiterhin eine Streustelle (32; 332) gegenüber der Öffnung enthält, wobei die Streustelle (32; 332) eine Dimension (a; a'; a") kleiner als die Wellenlänge des Eingangsstrahls (12, 16, 20; 1012, 1016, 1020) besitzt, um so einen zusätzlichen Teil des Messstrahls (22) zu streuen, um einen zweiten Hintergrundrückstrahl zu definieren; der Detektor (116; 316A; 316B) ein zweites Detektorelement enthält, das auf optische Energie reagiert; die Optik positioniert ist, um zumindest einen Teil des Referenzstrahls (50; 50T) auszurichten, zumindest einen Teil des Nahfeldsignalstrahls, und zumindest einen Teil des ersten Hintergrundrückstrahls, um am ersten Detektorelement zu interferieren; und die Optik positioniert ist, um einen anderen Teil des Referenzstrahls und zumindest einen Teil des zweiten Hintergrundrückstrahls auszurichten, um am zweiten Detektorelement zu interferieren.
Das System des Anspruches 1, worin die Maske eine Vielzahl von Öffnungen (30; 330), jede mit einer Dimension (a; a'; a") kleiner als die Wellenlänge des Eingangsstrahls (12, 16, 20; 1012, 1016, 1020), enthält, worin jede Öffnung konfiguriert ist, um einen Teil des Messstrahls (22) mit der Probe zu koppeln, um einen Nahfeldsensorstrahl für die Öffnung zu definieren, wobei die Probe mit den Nahfeldsensorstrahlen interagiert, um entsprechende Nahfeldsignalstrahlen zu definieren; worin der Detektor eine Vielzahl von Elementen enthält, jedes auf optische Energie reagierend, jeder Nahfeldsignalstrahl ein entsprechendes Detektorelement (316A, 316B) besitzt, und worin die Optik zumindest einen Teil jedes Nahfeldsignalstrahls und einen Teil des Referenzstrahls (50) ausrichtet, um am entsprechenden Detektorelement (316A, 316B) zu interferieren.
Das System des Anspruches 1, worin die Maske eine Vielzahl von Öffnungen (30; 330), jede mit einer Dimension (a') kleiner als die Wellenlänge des Eingangsstrahls (12, 16, 20), enthält, worin jede Öffnung konfiguriert ist, um einen ersten Teil des Messstrahls (22) mit der Probe zu koppeln, um einen Sensorstrahl für die Öffnung zu definieren, einen zweiten Teil des Messstrahls (22) zu streuen, um einen Hintergrundrückstrahl für die Öffnung zu definieren, und sie zumindest einen Teil des Sensorstrahls koppelt, der von der Probe durch sie selbst zurückgestreut wurde, um einen Nahfeldsignalstrahl für die Öffnung zu definieren; die Maske weiterhin eine Vielzahl von Streustellen (32, 332), jede mit einer Dimension (a; a'; a") kleiner als die Wellenlänge des Eingangsstrahls (12, 16, 20; 1012, 1016, 1020), enthält, wobei jede Streustelle (32; 332) gegenüber einer der Öffnungen liegt, worin jede Streustelle (32; 332) konfiguriert ist, um einen Teil des Messstrahls (22) zu streuen, um einen zweiten Hintergrundrückstrahl zu definieren; worin der Detektor eine Vielzahl von Elementen, jedes auf optische Energie reagierend, enthält, wobei jeder Nahfeldsignalstrahl einen entsprechendes Detektorelement (316A) besitzt und jeder Hintergrundrückstrahl ein anderes entsprechendes Detektorelement (316A) hat, und worin die Optik zumindest einen Teil jedes Nahfeldsignalstrahls und einen Teil des Referenzstrahls (50) ausrichtet, um am entsprechenden Detektorelement (316A) zu interferieren und zumindest ein Teil jedes Hintergrundrückstrahls und ein anderer Teil des Referenzstrahls (50), um am entsprechenden Detektorelement (316A) zu interferieren.
Das System der Anspruches 1, worin die Optik enthält: einen räumlichen Filter, der vor dem Detektor positioniert ist, wobei der räumliche Filter eine Nadelstichpore (114; 314A, 314B) enthält, die nach dem Detektorelement (116; 316A, 316B) ausgerichtet ist, und abbildende Optik positioniert ist, um zumindest einen Teil des Nahfeldsignalstrahls, der aus der Öffnung auf der Nadelstichpore (114; 314A, 314B) hervorkommt, abzubilden.
Das System des Anspruches 1, worin die Optik enthält: einen räumlichen Filter, der vor dem Detektor positioniert ist, wobei der räumliche Filter eine erste Nadelstichpore (314A) enthält, die nach dem ersten Detektorelement (316A) ausgerichtet ist und eine zweite Nadelstichpore (314B), die nach dem zweiten Detektorelement (316B) ausgerichtet ist, und abbildende Optik, die positioniert ist, um zumindest einen Teil des Nahfeldsignalstrahls abzubilden, der aus der Öffnung auf der ersten Nadelstichpore (314A) hervorkommt und zumindest einen Teil des zweiten Hintergrundrückstrahls, der von der Streustelle (32; 332) auf der zweiten Nadelstichpore (314B) hervorkommt.
Das System des Anspruches 5, worin die Optik weiterhin enthält: ein Referenzobjekt, das positioniert ist, um den Referenzstrahl (50) hin zum Detektor auszurichten, wobei das Referenzobjekt erste und zweite reflektierende Stellen besitzt, jede mit einer Dimension kleiner als die Wellenlänge des Eingebestrahls (12, 16, 20: 1012, 21016, 1020), worin die abbildende Optik weiterhin einen ersten Teil des Referenzstrahls (50) abbildet, der von der ersten Reflexionsstelle auf der ersten Nadelstichpore (314A) reflektiert wird und einen zweiten Teil des Referenzstrahls (50), der von der zweiten Reflexionsstelle auf der zweiten Nadelstichpore (314B) reflektiert wird.
Das System des Anspruches 1, worin die Optik ein konfokales Abbildungssystem festlegt.
Das System des Anspruches 1, weiterhin eine Plattform zur Unterstützung der Probe enthaltend und zumindest einen Scanner oder Schrittmacher, gekoppelt an die Plattform, um die Position der Probe relativ zum Nahfeldprobenstrahl zu adjustieren.
Das System des Anspruches 8, weiterhin einen elektronischen Prozessor (200) enthaltend, der an den Detektor gekoppelt ist und zumindest den Scanner oder Schrittmacher, worin der elektronische Prozessor (200) während des Betriebs zumindest ein Signal, das vom Detektorelement (116, 316A, 316B) erzeugt wurde, als Funktion der relativen Plattformposition analysiert.
Das System des Anspruches 1, worin der Strahlensplitter (100) und die Maske positioniert sind, um den Messstrahl (22; 22T) zu veranlassen, die Maske hauptsächlich mit normalen Einfall zu kontaktieren.
Das System des Anspruches 1, worin der Strahlensplitter (100) und die Maske positioniert sind, um den Messstrahl (22; 22T) zu veranlassen, die Maske mit einem Einfallswinkel größer als 10 zu kontaktieren.
Das System des Anspruches 1, worin die Öffnung durch ein Loch in der Maske festgelegt ist.
Das System des Anspruches 1, worin die Maske ein erstes Material mit einem ersten komplexen Brechungsindex enthält und ein zweites Material mit einem zweiten komplexen Brechungsindex, unterschiedlich vom ersten Brechungsindex, wobei das zweite Material die Öffnung festlegt.
Das System des Anspruches 1, worin die Maske einen Hohlleiter besitzt, der die Öffnung festlegt.
Das System des Anspruches 1, worin die Maske ein erstes reflektierendes Material und ein zweites dielektrisches Material, das die Öffnung festlegt, enthält.
Das System des Anspruches 1, worin die Maske ein reflektierendes erstes Material und ein zweites Material mit optischen Eigenschaften, unterschiedlich zu denen des ersten Materials, enthält, wobei das zweite Material die Streustelle (32; 332) festlegt.
Das System des Anspruches 1, das weiterhin einen Phasenschieber (64) enthält, der positioniert ist, um die Phase des Referenzstrahls (50; 50T) relativ zur Phase des Messstrahls (22; 22T) zu verschieben.
Das System des Anspruches 17, worin der Phasenschieber (64) entlang des Weges des Referenzstrahls (50; 50T) positioniert ist.
Das System des Anspruches 17, das weiterhin einen elektronischen Prozessor (200) enthält, der an den Detektor gekoppelt ist, und den Phasenschieber (64), worin der elektronische Prozessor (200) während des Betriebs die vom Phasenschieber (64) mitgegebene Phasenverschiebung auf jeden von vielfachen Werten setzt und ein vom Detektorelement (116; 316A, 316B) erzeugtes Signal auf jeden der vielfachen Werte analysiert.
Das System des Anspruches 1, das weiterhin einen Phasenschieber (64) enthält, der positioniert ist, um die Phase des Referenzstrahls (50) relativ zur Phase des Messstrahls (22) zu verschieben, und einen elektronischen Prozessor (200), der mit dem Detektor und dem Phasenschieber (64) gekoppelt ist, worin der elektronische Prozessor (200) während des Betriebs die vom Phasenschieber (64) mitgegebene Phasenverschiebung auf jeden einzelnen der vielfachen Werte setzt und ein sowohl vom ersten als auch vom zweiten Detektorelement (316A, 316B) erzeugtes Signal auf jeden der vielfachen Werte analysiert.
Das System des Anspruches 20, worin die vielfachen Phasenverschiebungswerte zumindest vier Phasenverschiebungswerte enthalten.
Das System des Anspruches 21, worin die vier Phasenverschiebungswerte den Werten von etwa χ₀, χ₀+π, χ₀+π/2 und χ₀+3π/2 Winkeln im Bogenmaß entsprechen, wobei χ₀ irgendein konstanter Wert ist.
Das System des Anspruches 22, worin der Analysator während des Betriebs sowohl für das erste als auch das zweite Detektorelement (316A, 316B) eine erste Differenz zwischen den Signalen bestimmt, die den Phasenverschiebungswerten χ₀ und χ₀+π entsprechen, und eine zweite Differenz zischen den Signalen, die den Phasenverschiebungswerten χ₀+π/2 und χ₀+3π/2 entsprechen.
Das System des Anspruches 23, worin der elektronische Prozessor (200) während des Betriebs eine komplexe Amplitude für den auf dem ersten und zweiten Differenzsignal basierenden Nahfeldsignalstrahl für jedes Detektorelement (316A, 316B) bestimmt.
Das System des Anspruches 11, worin der Analysator die komplexe Amplitude des Nahfeldsignalstrahl während des Betriebs verwendet, um eine physikalische Eigenschaft der Probe an der vom Sensorstrahl beleuchteten Stelle abzuleiten.
Das System des Anspruches 17, das weiterhin einen elektronischen Prozessor (200) enthält, der mit dem Detektor und dem Phasenschieber (64) gekoppelt ist, worin der elektronische Prozessor (200) während des Betriebs die vom Phasenschieber (64) hervorgerufene Phasenverschiebung χ veranlasst, gemäß χ = χ₀ + χ₁ cos ωt moduliert zu werden, wobei χ≠0, t die Zeit und ω die Modulationsfrequenz ist, und ein vom Detektorelement (116; 316A, 316B) erzeugtes Signal mit Bezug auf die Modulationsfrequenz analysiert.
Das System des Anspruches 1, das weiterhin enthält: einen zweiten Detektor (316B) mit einem Element, das auf optische Energie reagiert, und worin zumindest entweder die Optik oder der Strahlensplitter (100) positioniert ist, um einen anderen Teil des Referenzstrahls und einen anderen Teil des Nahfeldsignalstrahls zu veranlassen, am Detektorelement des zweiten Detektors (316B) zu interferieren.
Das System des Anspruches 27, das weiterhin enthält: einen ersten Phasenschieber, der positioniert ist, um die Phase des Referenzstrahls relativ zur Phase des Messstrahls zu verschieben; einen zweiten Phasenschieber, der positioniert ist, um die Phase des anderen Teils des Referenzstrahls relativ zum anderen Teil des Nahfeldsignalstrahls zu verschieben; und einen elektronischen Prozessor (200), der mit den Phasenschiebern gekoppelt ist.
Das System des Anspruches 9, das weiterhin eine gepulste Quelle (1010; 2010) enthält, die den Eingabestrahl (12, 16, 20; 1012, 1016, 1020) während des Betriebs erzeugt, worin der elektronische Prozessor (200) mit der Pulsquelle gekoppelt ist, um Plattformanpassungen zu synchronisieren.
Das System des Anspruches 1, das weiterhin eine Quelle (10; 1010; 2010) zu Erzeugung des Eingabestrahls (12, 16, 20; 1012, 1016, 1020) enthält.
Das System des Anspruches 30, worin die Quelle (10; 1010; 2010) einen Modulator enthält, der eine Frequenzdifferenz ω zwischen zwei Komponenten des Eingabestrahls (12, 16, 20; 1012, 1016, 1020) erzeugt, wobei die Frequenzdifferenz ω eine Phasendifferenz ωt zwischen den beiden Komponenten des Eingabestrahls (12, 16, 20; 1012, 1016, 1020) erzeugt, wobei t die Zeit ist.
Das System des Anspruches 31, das weiterhin einen elektronischen Prozessor (200) enthält, der mit dem Detektor und dem Modulator gekoppelt ist, worin der elektrische Prozessor (200) ein vom Detektor erzeugtes Signal mit Bezug auf die Phasendifferenz ωt analysiert.
Das System des Anspruches 32, worin die Quelle (10; 1010; 2010) eine gepulste Quelle (1010; 2020) ist und worin der elektronische Prozessor (200) mit der gepulsten Quelle (1010; 2010) gekoppelt ist, um die Signalanalyse mit der Phasendifferenz ωt zu synchronisieren.
Das System des Anspruches 30, worin die Quelle (10; 1010; 2010) den Eingabestrahl (12, 16, 20; 1012, 1016, 1020) veranlassen kann eine von vielfachen Wellenlängen zu besitzen.
Das System des Anspruches 34, das weiterhin einen elektronischen Prozessor (200) besitzt, der mit dem Detektor und der Quelle (10; 1010; 2010) gekoppelt ist, worin der elektronische Prozessor (200) ein vom Detektor erzeugtes Signal auf jede der mehrfachen Wellenlängen des Eingabestrahls (12, 16, 20; 1012, 1016, 1020) analysiert.
Das System des Anspruches 1, das weiterhin eine Verzögerungsplatte (18) enthält, die entlang des Pfades des Eingabestrahls (12, 16, 20; 1012, 1016, 1020) positioniert ist, und konfiguriert ist, um einstellbar die Polarisation des Eingabestrahls (12, 16, 20; 1012, 1016, 1020) zu kontrollieren.
Das System des Anspruches 36, das weiterhin einen elektronischen Prozessor (200) enthält, der mit dem Detektor und der Verzögerungsplatte (18) gekoppelt ist und worin der elektronische Prozessor (200) die Verzögerungsplatte (18) während des Betriebs veranlasst, dem Eingabestrahl (12, 16, 20; 1012, 1016, 1020) jede der vielfachen Polarisierungen mitzugeben, und ein vom Detektorelement (116) erzeugtes Signal auf jede der vielfachen Polarisierungen analysiert.
Ein lithografisches System zur Verwendung bei der Herstellung integrierter Schaltkreise auf einer Halbleiterscheibe mit Ausrichtungsmarkierungen, wobei das System enthält: eine Plattform (822) zur Unterstützung der Halbleiterplatte; ein Beleuchtungssystem (817) zur Abbildung räumlich gemusterter Strahlung auf die Halbleiterplatte; ein Positionierungssystem zur Anpassung der Position der Plattform relativ zur abgebildeten Strahlung und den Ausrichtungsmarkierungen; und das interferometrische, optische Nahfeldmikroskopiesystem (826) des Anspruches 1, das mit dem Positionierungssystem gekoppelt ist, um die Position der Ausrichtungsmarkierungen auf der Halbleiterplatte zu identifizieren.
Ein System zum Schreiben von Strahlen, zur Verwendung bei der Herstellung einer lithographischen Maske, wobei das System enthält: eine Quelle (910), die einen Schreibstrahl (912) zur Verfügung stellt, um ein Substrat mit Mustern zu versehen; eine Plattform, die das Substrat (916) unterstützt; eine Anordnung (914) zur Ausrichtung eines Strahls, um den Schreibstrahl zum Substrat (916) zu bringen; ein Positionierungssystem zur Positionierung der Plattform und eine Anordnung zur Ausrichtung des Strahls relativ zu einander; und das interferometrische, optische Nahfeldmikroskopiesystem (920) des Anspruches 1, zur Messung des Oberflächenprofils des gemusterten Substrats.
Ein Maskenprüfsystem, das enthält: das interferometrische, optische Nahfeldmikroskopiesystem (920) des Anspruches 1, zur Messung von Oberflächeneigenschaften einer hergestellten Maske; und ein elektronisches Verarbeitungssystem (930), das mit dem Mikroskopiesystem gekoppelt ist, das die Oberflächeneigenschaften der hergestellten Maske während des Betriebs mit abgespeicherten Daten vergleicht.
Das Maskenprüfsystem des Anspruches 40, worin die gespeicherten Daten aus Daten abgeleitet werden, die zur Produktion der hergestellten Maske verwendet wurden.
Das Maskenprüfsystem des Anspruches 40, worin die gespeicherten Daten aus einer Messung einer anderen hergestellten Maske durch das Mikroskopiesystem abgeleitet werden.