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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Inspektion von Gegenständen und
insbesondere auf die Untersuchung von Gegenständen, die mit der Herstellung
von Halbleitervorrichtungen in Beziehung stehen. Speziell bezieht
sich die Erfindung auf die Untersuchung von Gegenständen, die
bei der Photolithographie während
der Herstellung von Halbleitervorrichtungen verwendet werden.
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Der
gegenwärtige
Bedarf für
hohe Dichte und Betriebsweise, die mit ultragroßer Integration bei Halbleitervorrichtungen
zusammenhängen,
erfordern Submikronmerkmale, erhöhte
Transistor- und Schaltungsgeschwindigkeiten und eine verbesserte Zuverlässigkeit.
Dieser Bedarf erfordert die Herstellung von Vorrichtungsmerkmalen
mit hoher Präzision und
Gleichförmigkeit,
was wiederum eine sorgfältige Verfahrensüberwachung
erforderlich macht.
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Ein
wichtiges Verfahren, das eine sorgfältige Inspektion erfordert,
ist die Photolithographie, bei der Masken oder „Vorlagen" verwendet werden, um Schaltungsmuster
auf Halbleiterwaver zu übertragen.
Typischerweise haben diese Vorlagen die Form von einem Chrommuster über einem
transparenten Substrat. Eine Reihe solcher Vorlagen werden verwendet,
um Musterbilder auf das Waver in einer vorgegebenen Sequenz zu projizieren.
Jede Photolithographievorlage umfasst einen komplexen Satz geometrischer
Muster, die den Schaltungskomponenten entsprechen, die auf dem Waver
integriert werden sollen. Die Übertragung
des Vorlagenmusters auf die Photoresistschicht wird herkömmlicher
Weise durch ein optisches Belichtungswerkzeug, beispielsweise einen
Scanner oder einen Stepper durchgeführt, der Licht oder eine andere
Strahlung durch die Vorlage richtet, um den Photoresist zu belichten.
Der Photoresist wird danach entwickelt, um eine Photoresistmaske
zu bilden, und die darunter liegenden Polysilizium-Isolatoren oder
Metallschichten werden selektiv entsprechend der Maske geätzt, um
die Merkmale, beispielsweise Bahnen oder Gate-Bereiche, zu bilden.
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Aus
der vorstehenden Beschreibung sollte anzuerkennen sein, dass jeglicher
Fehler auf der Vorlage, beispielsweise überschüssiges oder fehlendes Chrom,
auf das hergestellte Waver in einer wiederholten Weise übertragen
werden kann. Somit würde jeder
Fehler auf der Vorlage die Ausbeute der Herstellungslinie drastisch
reduzieren. Daher ist es von äußerster
Wichtigkeit, die Vorlagen zu inspizieren und jegliche, darauf befindliche
Fehler zu erfassen. Die Inspektion wird im Allgemeinen durch ein
optisches System unter Verwendung von durchgelassener, reflektierter
oder von beiden Arten von Beleuchtung durchgeführt. Ein Beispiel für solch
ein System ist das Vorlageninspektionssystem RT-8000 TM, das von
Applied Materials in Santa Clara, Kalifornien erhältlich ist.
Es gibt mehrere unterschiedliche, be kannte Algorithmen-Verfahren
zum Inspizieren der Vorlage. Diese Verfahren umfassen: Die Inspektion von „Modellform
zu Modellform",
bei der eine Modellform mit einer auf derselben Vorlage befindlichen
Modellform, die damit identisch sein soll, verglichen wird; oder
die Inspektion von „Modellform
zu Datenbank", bei
der Daten, die sich auf eine vorgegebene Modellform beziehen, mit
einer Information in einer Datenbank verglichen werden, die diejenige
sein kann, aus der die Vorlage erzeugt worden ist. Ein anderes Inspektionsverfahren
umfasst die Inspektion von „Modellform
zu goldener Vorlage",
welche eine Vorlage ist, die als Referenz für die Inspektion von Wavern
ausgewählt
wird. Es gibt auch eine Inspektion auf der Grundlage von Designregeln,
nach denen die Modellform eine Bahnbreite und Abstandserfordernisse
erfüllen
muss und bei der die Merkmalformen zu vordefinierten Formen passen
sollten. Beispiele dieser Inspektionsverfahren und dazugehörige Vorrichtungen
und Schaltungen zur Implementierung dieser Verfahren sind in verschiedenen
US-Patenten einschließlich
unter anderem USP 4,805,123; 4,926,489; 5,619,429 und 5,864,394
beschrieben.
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Bekannte
Inspektionstechniken verwenden typischerweise die Abbildung der
Gegenstände
mit einer großen
Vergrößerung auf
eine CCD-Kamera (CCD = charge-coupled device = ladungsgekoppelte Vorrichtung).
Die Abbildungstechnik erfordert es, dass der Gegenstand beleuchtet
wird. Die Helligkeit der Beleuchtungsquelle ist ein Schlüsselfaktor
bei der Fähigkeit,
die Inspektion durch Verminderung der Integrationszeit der Kamera
zu beschleunigen. Wenn die Muster auf den Wavern kleiner werden,
wird es erforderlich, kleinere Wellenlängen zu verwenden, um in der
Lage zu sein, die Muster zu erfassen. Dies beruht auf der Tatsache,
dass die physikalische Auflösungsgrenze
linear von der Beleuchtungswellenlänge abhängt, und auf den Interterenzeffekten,
die es erforderlich machen, dass die Inspektion bei einer Wellenlänge ähnlich der
in dem Lithographieverfahren verwendeten durchgeführt wird.
Wenn die Wellenlängen
kleiner werden, haben herkömmliche,
inkohärente
Lichtquellen wie Fadenlampen oder Gasentladungslampen nicht genügend Helligkeit,
und die auszuwählenden
Lichtquellen werden Laser mit kurzer Wellenlänge. Die Kohärenz der
Laser zusammen mit der Rauhigkeit und dem Abrieb der Oberflächen und
auch der gemusterte Gegenstand entlang dem Lichtweg erzeugen einen
Artefakt, der als Speckle bekannt ist, welches ein Rauschmuster über dem Bild
des Gegenstandes ist.
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Das
Speckle verursacht Probleme bei der Erfassung der Oberfläche der
Gegenstände,
die inspiziert werden, und es verursacht falsche Alarmmeldungen
wegen der Ungleichförmigkeit
des Lichtmusters, das auf den Detektor auftrifft. Die Erfassungsgenauigkeit
wird verschlechtert. Auch werden die von den inspizierten Gegenständen gemachten
Bilder schlechter. Das Problem ist ein akutes Problem in dieser
Art von Gegenstandsinspektionen, weil die durch das kohärente Lichte
gelieferte Leistung wesentlich ist unter anderem wegen der Verlusten,
die von dem Detektionsverfahren stammen.
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Die
gerade diskutierten Probleme sind nicht einzigartig für die Inspektion
von Masken, Fotomasken und Vorlagen. Es gibt bekannte Waver-Inspektionsverfahren,
die eine kohärente
Beleuchtung verwenden. In solchen Systemen kann das Speckle einen
nachteiligen Einfluss auf die Ausbeute und die Arbeitsweise der
sich ergebenden Vorrichtungen haben, und daher muss dies ebenfalls
mit großer
Sorgfalt angegangen werden. Beispiele bekannter Waver-Inspektionssysteme,
die kohärente
Beleuchtung verwenden, sind in USP 5,699,447 und 5,825,482 gezeigt.
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Wenn
solche Systeme verwendet werden, um gemusterte Waver zu inspizieren,
kann das Speckle-Phänomen auftreten,
wenn die Punktgröße, die
zur Beleuchtung verwendet wird, nicht viel kleiner als ein Element
eines Musters auf dem Waver ist. Unter einigen Umständen, beispielsweise
der schrägen Beleuchtung,
bei der die kohärente
Lichtquelle unter einem Winkel auf das Waver gerichtet wird, ist
jedoch die Punktgröße ausreichend
groß,
um Speckle zu erzeugen. Eine Verminderung der Punktgröße vermindert
den Durchsatz des Systems und erfordert es, dass bei einer Wellenlänge gearbeitet
wird, die kleiner und unterschiedlich von der ist, die zur Bilderzeugung
des Gegenstandes beispielsweise während eines fotografischen
Verfahrens verwendet wird. Folglich gibt es, wie anzuerkennen ist,
einen Kompromiss zwischen der Duldung von Speckle und der Optimierung
von Detektionsempfindlichkeit/Durchsatz. Daher wäre es erwünscht, das Speckle-Problem
zu lösen
und damit die Verwendung einer größeren Punktgröße zu gestatten,
und dadurch den Durchsatz zu verbessern.
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Eine
umfassende Beschreibung des Speckle-Phänomens ist zu finden in T.
S. Mc Kichnie, Speckle reduction in topics in applied physics, laser speckle
adrilated phanomenal, 123 (J. C. Dainty Id., 2. Ausgabe, 1984) (im
folgenden Mc Kichnie). Wie in dem Mc Kichnie-Artikel diskutiert
wird, kann die Reduktion von Speckle durch die Reduktion der zeitlichen
Kohärenz
oder die räumliche
Kohärenz
des Laserlichts erreicht werden. Es wurden verschiedene Versuche über die
Jahre unternommen, um Speckle zu reduzieren oder zu eliminieren.
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US 5,016,149 zeigt ein Beleuchtungsverfahren
und eine Beleuchtungsvorrichtung zur Verwendung in Kombination mit
beispielsweise einem Belichtungsgerät. Die Beleuchtungsvorrichtung
umfasst Amplitudenverteilungs-Steuermittel zum Umsetzen der Intensitätsverteilung
eines Lichtstrahls, der durch eine Lichtquelle mit hoher Richtungscharakteristik emittiert
wird, in eine im Wesentlichen lineare Intensitätsverteilung umzusetzen, Strahlteilermittel,
um Lichtstrahlen in eine Vielzahl kohärenter Strahlen aufzutei len,
und Überlagerungsmittel,
um die kohärenten
Strahlen in einem erwünschten
Bereich auf einem Gegenstand, beispielsweise einer Vorlage, in einer
gleichförmigen
Beleuchtungsverteilung zu überlagern.
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US 5,463,497 zeigt eine
Beleuchtungsvorrichtung, die umfasst eine Strahlungsquelle; einen optischen
Integrator, der ein Linsen hat, die entlang einer Ebene senkrecht
zu der optischen Achse der Vorrichtung angeordnet ist; ein erstes
optischen System für
die Amplitudenteilung eines kohärenten Strahles
von der Strahlungsquelle und zur Erzeugung einer Vielzahl von Strahlen,
die im Wesentlichen miteinander nicht kohärent sind, wobei das erste
optische System auch wirksam ist, um die Strahlen in unterschiedlichen
Richtungen auf den optischen Integrator zu projizieren und die Strahlen
auf dem optischen Integrator miteinander zu überlagern; und ein zweites
optisches System, um Strahlen von den Linsen des optischen Integrators
zu einer Oberfläche
hin zu richten, die beleuchtet werden soll, und zum einander Überlagern
der Strahlen auf der Oberfläche, die
beleuchtet werden soll.
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US 4,560,235 zeigt eine
optische Kondensoreinrichtung zur Verwendung in Kombination mit
einem optischen Abbildungssystem, um ein Bild mit verbessertem Kontrast
und verbesserter Auflösung zu
liefern. Die Vorrichtung verbindet ein geformtes faseoptischen Bündel, das
mit einer Beleuchtungsquelle gekoppelt ist, um eine Vielzahl von
kohärenten Punktquellen
zu liefern, von denen jede nicht kohärent mit einer anderen ist,
um die Blende des optischen Systems zu beleuchten. Die relative
Inkohärenz
von jeder Punktquelle wird dadurch erreicht, dass die Länge der
Faser in dem geformten Bündel so
variiert wird, dass keine Faser sich innerhalb der Kohärenzlänge von
einer beliebigen anderen Faser befindet.
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EP 0867772 A2 zeigt
ein Beleuchtungssystem, das umfasst einen optischen Integrator des
Innenreflektionstyps, um wenigstens einen Teil des mit seiner Innenoberfläche empfangenen
Lichts zu reflektieren und um eine flächige Lichtquelle bei oder nahe
bei einer Lichtaustrittsfläche
davon zu bilden, einen zweiten, optischen Integrator des Wellen-Front-Teilungstyps,
um die Wellenfront des empfangenen Lichts aufzuteilen und eine Vielzahl
von Lichtquellen an oder nahe bei einer Lichtaustrittsoberfläche davon
zu bilden, ein optischen Abbildungssystem, um die Flächen-Lichtquelle
auf oder nahe bei einer Lichteintrittsfläche des zweiten optischen Integrator
abzubilden, und ein optisches Kollektorsystem, um die Lichtquellen
von der Vielzahl der Lichtquellen eine auf der anderen zu überlagern
auf einer Oberfläche,
die beleuchtet werden soll, wobei das optische Abbildungssystem
eine variable Abbildungsvergrößerung hat.
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Ein
anderer Artikel, der in dem oben genannten Mc Kichnie-Artikel genannt
ist und das gleiche Problem anspricht, von B. Dingle et al., Speckle
reduction with virtual incoherence laser Illumination using a modified
fiber array, Optic 94, bei 132 (1993) (im folgenden Dingle) erwähnt mehrere
bekannte Verfahren zum Reduzieren von Speckle auf der Grundlage
einer Zeitintegration und auch auf der Grundlage einer statistischen
Integration. Im Bezug auf das Zeitintegrationsverfahren, das die
Abtastung verschiedener Ebenen in dem Abbildungssystem und das Erzeugen
nicht-korrelierter Bildmuster umfasst, die durch einen Bilddetektor
integriert werden sollen, identifiziert der Artikel einige mögliche Nachteile,
beispielsweise eine lange Integrationszeit oder die Einführung zusätzlicher
optischer Systeme, um den Abtastprozess zu unterstützen.
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Unter
den Verfahren, die eine Verminderung in der Kohärenz des Strahls umfassen,
diskutieren sowohl Dingle als auch Mc Kichnie die Einführung eines
Dispersionselements, beispielsweise eines Gatters, eines Gitternetzes
oder eines sich bewegenden Diffusors, entweder alleine oder in Kombination
mit anderen rotierenden Diffusoren in den Weg des Beleuchtungsstrahls,
um eine Modulation mit beliebiger Phase über die Abmessung des Lichtstrahls
hinweg zu erzeugen. Andere bekannte Techniken umfassen den Durchtritt
eines gepulsten Laserstrahls durch eine Kohlenstoffdisulfid-Zelle
und des Weiteren durch ein unausgerichtetes Faseroptikbündel oder die
Verwendung von Flüssigkristallen,
die in den Weg des Lichtstrahles eingefügt werden, wobei die Kristalle
durch eine elektrische Feldanregung bewegt werden.
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Während die
Vorlagen in ihrer Größe kleiner werden
und die Muster schrumpfen, wird es jedoch schwieriger, sie ohne
feine Anormalitäten
und kleine Fehler herzustellen. Mit Brechungseffekten wird die Erfassung
ebenfalls komplizierter. Daher besteht die Gefahr, dass kleine Fehler
unerfasst bleiben, was Probleme in dem damit zusammenhängenden Waver-Herstellungsverfahren
verursachen kann. Eine vorgeschlagene Lösung der gegenwärtigen Situation
umfasst die Verwendung einer Laser-Lichtquelle, die Laserstrahlen mit niedriger
Wellenlänge emittieren,
vorzugsweise in dem tiefen Ultraviolett (UV)-Bereich, um den Gegenstand
zu beleuchten. Die Laserquelle würde
vorzugsweise kurze Lichtpulse aussenden mit einem bevorzugten Bereich
von 2–50
Nanosekunden. Keines der oben beschriebenen Verfahren und Systeme
ist ausgerüstet,
um ein hohes Niveau an Speckle-Verminderung für Laserstrahlen niedriger Wellenlänge anzubieten,
um eine genaue Fehlererkennung sicherzustellen. Die obigen Verfahren
und Systeme liefern ebenfalls keine zuverlässige Lösung für kurze Laserpulse wegen der
nicht ausreichenden Bewegungsgeschwindigkeit der dispergierenden
Elemente.
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Wie
oben angedeutet wurde, ist Speckle auch ein bekanntes Phänomen auf
dem Gebiet der Waverinspektion. USP 5,264,912 identifiziert dieses Problem
und liefert einige Lösungsvorschläge. Wie bei
anderen bekannten und vorgeschlagenen Techniken zur Verminderung
von Speckle sprechen jedoch diese Lösungsvorschläge nicht
spezielle Probleme an, die sich aus der Notwendigkeit ergeben, mit
extrem kleinen Merkmalen zu arbeiten, und mit dem daraus folgenden
Bedarf, kohärente
Beleuchtungsquellen mit sehr niedrigen Wellenlängen zu verwenden.
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Vorrichtungen
zur Verminderung von Speckle, die dem Lichtweg zwischen der Gegenstandsoberfläche und
dem Detektor angeordnet werden, können auch teuer sein. Beispielsweise
könnte
die Einfügung
eines Faserbündels
entsprechend einer der oben beschriebenen Techniken soviel wie 10000 Fasern
mit unterschiedlichen Eigenschaften, beispielsweise Länge, in
dem Bündel
erfordern. Diese Faserbündel
wären extrem
groß und
folglich wären sie
teuer. Es wäre
erwünscht,
eine Lösung
zu finden, die nicht so viele Fasern erfordern würde.
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Ein ähnliches
Problem würde
im Bezug auf die Verwendung eines Brechungsgitters auftreten. Je feiner
und größer das
Gitter in der Größe ist,
desto teurer wäre
es. Es wäre
erwünscht,
eine Lösung
zu finden, die Brechungsgitter verwendet, die jedoch keine übermäßig feinen
Gitter benötigt.
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Aus
der
JP 60247643A ist
eine optische Vorrichtung bekannt, um Speckle zu verhindern und
um den Wirkungsgrad zu verbessern, indem die Kohärenz eines Strahlenflusses
abgeschwächt
wird. Entsprechend der Funktion der optischen Vorrichtung wird das
von einem Laser emittierte Laserlicht in seinem Durchmesser durch
einen Strahl weiter aufgeweitet und wird auf ein Bündel optischer
Fasern einfallen gelassen, durch das der Strahl in n Strahlenflüsse aufgeteilt
wird. Die jeweiligen Flüsse
werden durch die optischen Fasern gegeben und durch ein Linsenfeld
und eine Kondensatorlinse wieder auf einen Strahl überlagert.
Dieser Strahl beleuchtet eine Maske. Da die optische Weglängendifferenz
zwischen den Strahlflüssen
bereits eine Kohärenzlänge übersteigt,
sind die Strahlen, die auf der Oberfläche der Maske interferieren
können,
nur die Vielzahl der Strahlen, die durch das Innere von einer optischen Faser
hindurch treten. Die Erzeugung von Speckle, das auf der Oberseite
der Maske erzeugt wird, wird dadurch vermindert. Der Effekt ist
größer, wenn
die Anzahl n der optischen Fasern größer ist.
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Aus
der vorstehenden Diskussion ist anzuerkennen, dass es einen Bedarf
im Stand der Technik gibt für
ein Verfahren und ein System zum Vermindern von Speckle, wenn Gegenstände unter
Verwendung gepulster Laserstrahlen bei niedrigen Wellenlängen einschließlich dem
tiefen UV-Bereich inspiziert werden.
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Im
Hinblick auf das Vorstehende ist ein Merkmal der Erfindung die Bereitstellung
eines optischen Systems zum Vermindern von Speckle während der Inspektion
von Gegenständen,
die bei der Herstellung von Halbleiter-Vorrichtungen verwendet werden.
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Ein
anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung
eines optischen Systems zum Vermindern von Speckle in Inspektionssystemen,
die bei niedrigen Wellenlängen
arbeiten, insbesondere in dem tiefen UV-Bereich.
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Ein
weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Verminderung
von Speckle bei Inspektionssystemen, die gepulste Laser verwenden,
insbesondere in dem 5–50
ns-Bereich, verwenden.
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Um
die vorstehenden und andere Merkmale bereitzustellen, um die oben
beschriebenen Standes der Technik zu überwinden und um verschiedene Probleme
zu lösen,
die beim Lesen und Verstehen folgender detaillierter Beschreibung
deutlich werden, liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Vermindern von Speckle während der
Inspektion von Gegenständen,
die in der Herstellung von Halbleiter-Vorrichtungen verwendet werden,
insbesondere von Masken, Fotomasken und Vorlagen entsprechend den
Ansprüchen
1 und 19.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung aufgebaut durch eine
kohärente
Lichtquelle, beispielsweise eine Laser, die einen kohärenten Lichtstrahl
entlang einen Lichtweg ausgibt. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
werden zwei optische Faserbündel
nacheinander entlang dem Lichtweg angeordnet, wobei jedes Bündel eine
vorgegebene Anzahl von Fasern unterschiedlicher Längen hat,
die in dem Bündel
angeordnet sein können.
Das erste Bündel
empfängt
den Lichtstrahl und gibt mehrere Zwischen-Lichtstrahlen aus, einen
Lichtstrahl für
jede Faser des Bündels, wobei
jeder Zwischenstrahl auf alle Fasern des zweiten Faserbündels abgebildet
wird. Jede der Fasern in dem zweiten Bündel gibt einen Ausgangsstrahl
ab, der dann zum Beleuchten des unter Inspektion befindlichen Bereichs
des Gegenstandes verwendet wird. Verschiedene optische Vorrichtungen
zum Homogenisieren des Strahles und zum Fokussieren des Strahles,
wie sie im Stand der Technik bekannt sind, können an geeigneten Stellen
entlang dem optischen Weg eingefügt
werden.
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Als
Abwandlung des vorstehenden Ausführungsbeispiels
ist die vorgegebene Anzahl der Fasern für das erste und das zweite
optische Faserbündel
unterschiedlich oder die vorgegebene Anzahl der Fasern ist sowohl
für das
erste als auch für
das zweite optische Faserbündel
die gleiche.
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Als
eine Abwandlung des vorstehenden Ausführungsbeispiels können die
Berechnungsindizes der Fasern innerhalb des Bündels variiert werden. Die
Benutzung variierender Berechnungsindizes kann die optischen Wege
ausweichend verändern, um
die Notwendigkeit zu vermeiden, die Längen der Fasern so groß zu variieren.
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Als
eine weitere Abwandlung des vorstehenden Ausführungsbeispiels können die
Fasern in dem Bündel
die gleichen oder variierende, nicht lineare Charakteristiken haben.
Eine Eigenschaft bei der Verwendung variierender Nicht-Linearität ist es,
dass die Längen
der Fasern nicht so viel variiert werden müssen. Wenn man Fasern mit einer
konsistenten Länge
hat, kann dies vom Standpunkt der Implementierung eher vorteilhaft
sein.
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Entsprechend
einem weiteren Ausführungsbeispiel
kann die Vorrichtung eines oder mehrere Gitter verwenden, die hintereinander
entlang dem Lichtweg angeordnet sind. Die Gitter arbeiten ähnlich wie die
Faser, wie oben diskutiert wurde.
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Entsprechend
weiteren Ausführungsbeispielen
der Erfindung kann die Vorrichtung mit mehr als zwei Faserbündeln, mehr
als zwei Gittern, einem Faserbündel
und einem Gitter in beliebiger Reihenfolge oder mit weiteren Kombinationen
von Faserbündel (n)
und Gitter (n) in einer beliebigen, gewünschten Reihenfolge aufgebaut
sein.
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Ein
Vorteil von jedem der vorstehenden Ausführungsbeispiele ist es, dass
die einzelnen Elemente entweder einfacher oder kleiner und daher
weniger teuer sind, als wenn man eine kleinere Anzahl von größeren oder
komplexeren Elementen hat. Die Verwendung von zwei Faserbündeln mit
100 Fasern in jedem Bündel,
wobei jede Faser in dem ersten Bündel
entlang dem Weg einen Ausgang für
jede Faser in dem zweiten Bündel
beliefert, ergibt beispielsweise 100 × 100 = 10000 unterschiedliche
Varianten, gerade wie wenn ein einziges Faserbündel mit 10000 unterschiedlichen
Fasern verwendet würde.
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Ein ähnlicher
Vorteil ist mit der Verwendung von sowohl Gittern, die sehr gut
für das
Einführen kleiner
optischer Weglängen Änderungen
sind, das auch Fasern oder Lichtleitern verbunden, die beim Einfüh ren großer optischer
Weglängen
Unterschiede praktisch sind.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel ist
eine integrierende Kugel, die eine erste Eingangsöffnung und
eine zweite Ausgangsöffnung
hat, entlang dem Lichtweg angeordnet, wobei die erste Öffnung den
Lichtstrahl empfängt
und die zweite Öffnung
den Lichtstrahl ausgibt, der gebildet worden ist, nachdem der Pfad
des Lichtstrahls durch Reflektion innerhalb der integrierten Kugel
geändert
worden ist. Die integrierende Kugel kann aus zwei solcher Kugeln
aufgebaut sein, wobei eine konzentrisch zu der anderen angeordnet
ist. Die innere Kugel würde
eine weitere Reflektion des Lichts innerhalb der integrierenden
Kugel bereitstellen. Das gerade beschriebene Ausführungsbeispiel
ist in gewissem Sinne einfacher als die vorher beschriebenen Ausführungsbeispiele,
hat jedoch gewisse Nachteile in Bezug auf den Wirkungsgrad auf der
Grundlage der gegenwärtig
erhältlichen
reflektierenden Materialien. Es trifft insbesondere auf das Ausführungsbeispiel
mit zwei Kugeln zu. Wenn diese Materialien sich verbessern, ist
zu erwarten, dass der Ansatz mit der integrierenden Kugel eine zunehmend
attraktive Alternative werden wird.
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Ein
noch weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung besteht aus einem Elektro- oder akusto-optischen
Modulator, der entlang dem Lichtweg angeordnet ist und eine Eingangsfläche zum
Empfangen des Lichtstrahls und einer Ausgangsfläche zum Übertragen eines inkohärent modulierten
Strahls zu dem zu inspizierenden Bereich hat. Die hohe Frequenzbandbreite,
mit der der Modulator arbeitet, ändert
nach dem Zufallsprinzip die optische Wellenfrontphase des Eingangsstrahls
in genügender
Weise, um Speckle zu vermindern oder zu eliminieren. Dieses Ausführungsbeispiel
hat einen gewissen Nachteil im Vergleich zu den vorherigen Ausführungsbeispielen,
weil optische Modulatoren für
kürzere
Wellenlängen,
beispielsweise das tiefe Ultraviolett, verhältnismäßig teuer sind. Da diese Lösung sehr
gut für
Quellen mit langen Kohärenzlängen arbeitet,
kann sie in Kombination mit einem Faserbündel oder einem Gitter verwendet
werden, die gut bei dem Vermindern von Speckle von Quellen mit kleinen und
mittleren Kohärenzlängen arbeiten.
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Die
vorstehenden Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
deutlicher unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszahlen entsprechend Teile durchgehend
bezeichnen und bei denen:
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1a und 1B Beispiele
von Inspektionsvorrichtungen zur Verwendung entsprechend der vorliegenden
Erfindung zeigen;
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2a und 2b ein
erstes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung und eine Abwandlung davon zeigen;
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3 ein
beispielhaftes Diagramm ist, das mit dem ersten Ausführungsbeispiel
in Beziehung steht;
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4 eine
Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels
zeigt;
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5 ein
zweites Ausführungsbeispiel
zeigt, das nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist;
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6 eine
Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels
zeigt;
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7 ein
drittes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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8 ein
viertes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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In
der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung wird auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil davon bilden und die
spezifische Ausführungsbeispiele
der Erfindung darstellen. Es ist für den Durchschnittsfachmann
in diesem technischen Gebiet verständlich, dass andere Ausführungsbeispiele
verwendet werden können,
und dass strukturelle Änderungen
gemacht werden können,
ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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1a zeigt
eine beispielhafte Inspektionsvorrichtung zur Verwendung entsprechend
der vorliegenden Erfindung. Die Inspektionsvorrichtung, die in 1 gezeigt ist, arbeitet in dem Reflektionsmodus. Es
ist jedoch zu verstehen, dass Inspektionsvorrichtungen, die sowohl
in einem Transmissionsmodus als auch in einem Reflektionsmodus arbeiten,
innerhalb des Gedankens der vorliegenden Erfindung sind. Wenigstens
für den
Transmissions-Betriebsmodus sollte eine Strahl-Homogenisierungsvorrichtung
verwendet werden, bevor der Strahl in eine die Kohärenz reduzierende/das
Speckle reduzierende Vorrichtung eintritt.
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In 1a ist
ein Gegenstand 1, der inspiziert werden soll, beispielsweise
ein Waver, eine Maske, eine Fotomaske oder eine Vorlage, in einem x-y-Schlitten 2 angeordnet,
der den Gegenstand in zwei Richtungen bewegt. Die Inspektionsvorrichtung umfasst
eine kohärente
Lichtquelle 4, vorzugsweise einen Laser, die auf einer
Seite des Gegenstandes 1 angeordnet ist. Die Lichtquelle 4 kann
ein kontinuierlicher Laser oder ein gepulster Laser sein, die Laserstrahlen
mit niedriger Wellenlänge
in dem UV- oder Tiefen-UV-Bereich emittieren. Die Strahlen, die
von der Lichtquelle 4 emittiert werden, werden über ein optisches
System 6, einen Strahlteiler 8 und eine Objektivlinse 10 auf
die Oberfläche
des Gegenstandes 1 gerichtet. Es ist zu beachten, dass
andere Mittel, um die Strahlen auf den Gegenstand 1 zu
richten, einschließlich
anderer optischer Pfade, die durch eine geeignete Struktur definiert
werden, eben falls verwendet werden können.
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Die
Lichtstrahlen, die auf die Oberfläche des Gegenstandes auftreffen,
werden über
eine Relaislinse 18 zu einem Bilddetektor 20 reflektiert.
Der Bilddetektor 20 kann ein CCD-Sensor, der ein 1 × M-Sensor
sein kann, oder ein N × M-Bereich
oder ein Zeitverzögerungsintegrations(DDI)-
oder CCD-Sensor sein. Der Sensor 20 ermöglicht die Abbildung des Gegenstands 1,
während
dem Schlitten 2, der den Gegenstand 1 trägt, gestattet
wird, sich kontinuierlich gegenüber
der Lichtquelle 4 zu bewegen.
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Die
Inspektionsvorrichtung, die in 1 gezeigt
ist, umfasst ferner eine optisches, die Kohärenz reduzierende Vorrichtung 30,
die entlang dem Strahl des Lichtweges angeordnet ist. Die optische,
die Kohärenz
reduzierende Vorrichtung 30 mit ihren verschiedenen Ausführungsbeispielen,
wie sie oben bis zu einem gewissen Grad diskutiert wurden, ist ein zentraler
Brennpunkt der Erfindung. Die Inspektionsvorrichtung umfasst auch
eine Autofokussierungsvorrichtung 22, die eine Objektivlinse 10 die
bei einem Strahlteiler 24 steuert, wobei die Objektivlinse 10 ebenfalls
entlang dem Weg des Lichtstrahls angeordnet ist, und ein Okular 26,
das den reflektierten Lichtstrahl über einen Strahlteiler 28 zu
Beobachtungszwecken empfängt.
Die Lichtquelle 4 wird durch ein Steuersystem 40 gesteuert,
welches die Lichtquelle 4 mit Energie versorgt, um Lichtstrahlen
auszusenden.
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Im
Betrieb trifft der Lichtstrahl, der von der Lichtquelle 4 durch
das optische System emittiert wird, auf dem Strahlteiler 8 auf,
während
es auf den Gegenstand 1 gerichtet ist. Der Effekt dieser
Beleuchtungsanordnung ist allgemein der, eine normale Beleuchtung
an dem Gegenstand 1 abzuliefern. Der Lichtstrahl pflanzt
sich entlang einem Lichtpfad, wobei er durch die optische, die Kohärenz reduzierende Vorrichtung 30 reflektiert
wird, über
den Strahlteiler 24 und die Objektivlinse 10 zu
dem Gegenstand 1 fort. Sodann wird der Lichtstrahl von
dem Gegenstand 1 reflektiert, und er wird durch die Relaislinse 18 auf
dem Sensor 20 abgebildet.
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Der
reflektierte Lichtstrahl enthält
die Information über
das Muster, das auf dem Gegenstand enthalten ist, und er liefert
auch die Information in Bezug auf jegliche Fehler, die in dem Gegenstand 1 und auf
seiner Oberfläche
vorhanden sind. Die kohärente Natur
der Lichtquelle 4 und ihre Betriebswellenlänge im Vergleich
zu der Größe der möglichen
Fehler kann ein Speckle an dem Sensor 20 erzeugen. Das
Speckle bewirkt nicht vorausgesagte Signal-Ungleichmäßigkeiten,
so dass es schwieriger wird, die Fehler zu unterscheiden, und es
kann auch dazu führen,
dass einige mikroskopische Fehler undetektiert bleiben. Daher gibt
es einen Bedarf, das Speckle-Phänomen durch
Brechung der Kohärenz
des Lichtstrahls zu reduzieren. Die optische, die Kohärenz reduzierende Vorrichtung 30,
die entlang dem Weg des Lichtstrahls angeordnet ist, reduziert die
Kohärenz
des Strahls, der auf die Oberfläche
des Gegenstands auftrifft, und sie reduziert oder eliminiert dadurch
das Speckle.
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Ein
anderes Ausführungsbeispiel
einer beispielhaften Vorrichtung ist in 1B gezeigt,
die sich auf Waver-Inspektionssysteme bezieht, die eine Laserbeleuchtung
mit schrägem
Einfall verwendet. Wie dargestellt ist, liefert die Laserquelle 4 einen
Laserstrahl, der das Waver 1 unter einem schrägen Winkel beleuchtet,
der gelegentlich als streifender Einfallswinkel bezeichnet wird.
Als Ergebnis des schrägen Winkels
hat der Beleuchtungspunkt 5 eine ovale Form, wobei die
Hauptachse des Ovals in der Richtung der Beleuchtung verlängert ist.
Diese Punktform liefert eine relativ lange Punktfläche, was
ein Speckle zum Ergebnis hat. In diesen Arten von Systemen ist das
Detektionsschema auf einer Dunkelfeld-Beleuchtung begründet. Das
heißt,
dass der Lichtstrahl auf einen Punkt 5 unter Verwendung
eines Objektivs 10 fokussiert ist. Da das Waver eine spiegelartige Oberfläche hat,
wird das Licht entsprechend dem Snell-Gesetz reflektiert, wie beispielhaft
in der Figur gezeigt ist. Die Dunkelfeld-Detektoren werden von der
Strahlreflektion weg angeordnet. Einige Beispiele der Anordnung
des Detektors sind als Detektoren 21, 22 und 23 gezeigt.
Jede Kombination von einigen oder allen dieser Detektoren kann verwendet
werden. Es ist jedoch zu erkennen, dass das Speckle-Phänomen einen
oder alle dieser Detektoren beeinflussen kann. Folglich ist es notwendig,
die optische, die Kohärenz
reduzierende Vorrichtung 30 in dem Beleuchtungspfad des
Laserstrahls anzuordnen.
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Mehrere
Ausführungsbeispiele
der optischen, die Kohärenz
reduzierenden Vorrichtungen 30 werden entsprechend der
vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Jedes Beispiel wird nun im
Einzelnen beschrieben.
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Gemäß 2a umfasst
ein erstes Ausführungsbeispiel
der optischen Kohärenzreduktionsvorrichtung 30 zwei
optischen Faserbündel 301 und 302, die
jeweils eine vorgegebene Anzahl optischer Fasern 304, 305 haben.
Die Bündel
können
dieselbe Anzahl von Fasern oder unterschiedliche Anzahlen von Fasern
haben. Es können
auch mehr als zwei Bündel
vorgesehen sein. Die optischen Bündel 301 und 302 werden
nacheinander entlang dem Weg des Abbildungsstrahls I angeordnet,
wobei das Bündel 301 vor
dem Bündel 302 positioniert
ist und eine Eingang hat, um den Abbildungsstrahl I zu empfangen und
einen Ausgang neben einem Eingang des zweiten Bündels 302 hat.
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Zur
Einfachheit der Beschreibung werden die zwei Bündel 301, 302 unter
einem geringen Winkel im Bezug aufeinander gezeigt, obwohl sie im
Betrieb entlang einer Achse aufeinander ausgerichtet sein können.
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Die
optischen Fasern 304 und 305 sind von einem ähnlichen
Typ, der im Stand der Technik bekannt ist, wobei sie vorzugsweise
vorgegebene Parameter, beispielsweise Brechungsindex und Ummantelung,
haben, obwohl sie auch unterschiedliche Brechungsindizes oder unterschiedliche
Ummantelungen haben könnten.
Die Fasern 304 und 305 haben unterschiedliche
Längen
und können
nach dem Zufallsprinzip innerhalb jedes Bündels angeordnet sein, wobei
eine beliebige Anzahl bekannter, das Zufallsprinzip verwirklichender
Techniken verwendet werden kann. Der Längenunterschied ΔL zwischen
jeweils zwei Fasern 304 wird vorzugsweise größer gewählt als
die Kohärenzlänge der
Lichtquelle 4. Der Längenunterschied
zwischen einem Paar 304 ist vorzugsweise größer als
der Längenunterschied
zwischen der kürzesten
und der längsten
Faser in dem Bündel 302.
Dadurch wird der Effekt des kombinierten Bündels auf ein Maximum gebracht,
wenn die richtige Kopplung verwendet wird. Die allgemeine Beziehung
unter den Fasern in dem Bündel
ist in 3 gezeigt.
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Wie
ebenfalls in 3 gezeigt ist, ermöglicht eine
Anordnung der Fasern 304 innerhalb des Bündels 301,
das alle Enden der Faser 304 an dem Ausgang des Bündels 301 in
einer Ebene im Wesentlichen quer zu dem Weg des Abbildungsstrahls
liegen. Auf ähnliche
Weise können
alle Enden der optischen Faser 305 an dem Ausgangsende
des Bündels 302 in
einer Ebene im Wesentlichen quer zu dem Weg des Abbildungsstrahls
liegen. Eine andere Möglichkeit
ist es, ein Bündel
mit dicht gepackten Lichtleitern mit unterschiedlichen Längen zu
verwenden, wie in 3 gezeigt ist.
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Ein
Beispiel ist der Fall der optischen Kohärenzlänge von 1 mm. Wenn beispielsweise
ein Bündel
mit 25 Fasern mit Längen
von 400 mm mit Inkrementen von 20 mm und ein zweites Bündel verwendet
wird, das aus 36 dicht gepackten, rechteckigen Lichtleitern mit
Längen
von 20 mm mit Inkrementen von 1 mm besteht, ist der Effekt so, wie
wenn ein Bündel
von 25 × 36
= 900 Fasern mit Längeninkrementen
von 1 mm verwendet worden wären.
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Die
Eingänge
der Bündel 301 und 302 können auch
in einer Ebene quer zu dem Weg des Abbildungsstrahls liegen. In
diesem Fall, da alle Fasern in jedem Bündel unterschiedliche Längen haben,
muss eine Anpassung für
den Unterschied in den Längen gemacht
werden, beispielsweise durch Schleifenbildung oder Abbiegung einiger
Fasern in jedem Bündel.
Beispiele von Anordnungen der Fasern 304, 305 in
den Bündeln 301, 302 sind
in 4 gezeigt. Der Durchschnittsfachmann wird erkennen,
dass Faserbündel
mit Fasern der gleichen Länge,
jedoch mit unterschiedlichen Brechungsindizes oder unterschiedlichen
Ummantelungen statt der oben bevorzugten Anordnungen mit ähnlichen
Resultaten verwendet werden können.
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Eine
andere Variante des Ausführungsbeispiels
mit optischem Faserbündel
oder Lichtleiterbündel
ist es, dass einige oder alle Fasern in jedem Bündel nicht-lineare optische
Charakteristiken haben können.
Wie die Abwandlung in dem Brechungsindex oder der Ummantelung oder
die Veränderung
in der Länge
der Fasern dient die Reflektion der nicht-linearen, optischen Charakteristiken
dazu, die Weglänge
des Lichtes, das durch die Fasern hindurch tritt, zu variieren,
und sie dient somit dazu, die Kohärenz des Strahls zu reduzieren,
der auf den Gegenstand 1 gegeben wird.
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Die
nicht-linearen Charakteristiken können beispielsweise durch Verwendung
von mit Germanium dotiertem Glas geliefert werden. Nicht-lineare Charakteristiken
könne auch
in einem einzigen Lichtleiter oder einem Glasstab verwirklicht werden.
Das nicht-lineare Material erzeugt eine duale Selbst-Streuung ei hohen
Leistungsdichten, wodurch eine spektrale Aufweitung auf einige hundert
GHz ermöglicht
wird, was wiederum die Kohärenzlänge reduziert
und damit das Speckle vermindert.
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Wenn
die Wellenfront des Abbildungsstrahls I auf den Eingang des ersten
Bündels 301 auftritt, wird
er wirksam in eine Vielzahl optischer Strahlen aufgebrochen, wobei
jeder Strahl in eine Faser 304 in dem Bündel 301 eintritt
und durch die gesamte Länge der
Faser 304 hindurch tritt. An dem Ausgang des Bündels 301 wird
der Strahl, der aus jeder Faser 304 herauskommt, vorzugsweise
auf alle Fasern 305 des Faserbündels 302 abgebildet.
Daher empfängt
jede Faser 305 Licht von allen Fasern 304. Nachdem
die Fasern 305 das Licht durch den Ausgang des Bündels 302 ausgegeben
haben, haben die sich ergebenden Strahlen optische Weglängendifferenzen,
die alle größer sind
als die Kohärenzlänge der
Lichtquelle 4.
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Ein
Vorteil der Abbildung des gesamten Lichts von jeder Faser 304 in
dem Bündel 301 auf
alle die Fasern 305 in dem Bündel 302 zusammen
mit den Längendifferenzen
unter den Fasern in dem Bündel,
wie oben beschrieben wurde, ist es, dass der Effekt auf die Reduktion
in der Kohärenz
gemäß einer
Multiplikation und nicht einer Addition stattfindet. Es heißt, dass
der Effekt bei N-Fasern in dem Bündel 301 und
M-Fasern 305 auf die Kohärenzreduktion so wäre, als
wenn N × M-Fasern
benutzt würden
und nicht N + M. Wenn beispielsweise N = M = 100 ist, ist im Ergebnis
der durch diese Technik erzielten Effekts so, wie wenn N × M = 10000
Fasern verwendet würden
statt 200. Mit diesem Ansatz ist es mög lich, weit weniger Fasern
zu verwenden und eine viel weniger teure Kohärenzreduktionsanordnung zu
haben. Andere Anordnungen der Längen
der Fasern sind möglich,
bei denen die effektive Anzahl der ausgegebenen, optischen Weglängen das
Produkt der Anzahl der Fasern, die in den Bündeln verwendet werden, ist statt
deren Summe.
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Ein
Vorteil der Verwendung von mehreren Fasern statt von Lichtleitern
oder Glasstangen ist es, dass die effektive Länge der optischen Kohärenzreduktionsvorrichtung
sehr groß sein
kann. Durch Verwendung von 100 Fasern in einem Bündel, die ein Längeninkrement
von 50 mm haben, kann beispielsweise eine effektive Länge von
50 m erreicht werden, die in einem Kasten von nur 0,5 m gepackt
sind. Als Ergebnis der Anwendung der vorstehenden Technik wird die
Kohärenz
des auf den Gegenstand 1 auftreffenden Strahls reduziert,
wodurch das Speckle in den Detektor reduziert oder eliminiert wird.
In einer Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels, wie sie in 2b gezeigt
ist, kann die optische Kohärenzreduktionsvorrichtung 30 eine
Abbildungslinse 303 umfassen, die zwischen den zwei Bündeln 301, 302 angeordnet
ist, um den aus jeder Faser 304 heraustretenden Strahl
auf alle Fasern 305 des Bündels 302 abzubilden.
Der Durchschnittsfachmann wird anerkennen, dass alternative Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl optischer Faserbündel, die
nacheinander entlang dem Weg des Abbildungsstrahls I angeordnet
sind, und eine Vielzahl Abbildungslinsen 303 oder andere
geeignete optische Einrichtungen umfassen kann, die zwischen dem
Bündel
angeordnet sind. Ein Lichtstreuungselement kann zwischen den Bündeln eingesetzt
werden, um die Winkel, unter denen das Licht auf den Eingang des
nächsten
Bündels
auftrifft, zu homogenisieren.
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In
einem zweiten Beispiel, das nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung
ist und in 5 dargestellt ist, wird die
optische Kohärenzreduktionsvorrichtung 30 durch
eine integrierende Kugel 311 gebildet, die entlang dem
Weg des Abbildungsstrahls I angeordnet ist. Die integrierende Kugel 311 umfasst eine
Eintrittsöffnung 312 und
eine Austrittsöffnung 313.
Die Öffnung 312 hat
vorzugsweise einen kleineren Durchmesser als die Öffnung 313.
Die Öffnung 312 ist
so positioniert, dass sie den Abbildungsstrahl I empfängt. Die
integrierende Kugel 311 umfasst eine Lichtabsorbierende
Innenfläche,
die aus einem nicht-absorbierenden Material hergestellt ist, vorzugsweise
Magnesiumoxid (MgO), um den Abbildungsstrahl I besser zu reflektieren.
Andere geeignete, reflektierende Beschichtungen können ebenfalls verwendet
werden.
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Nachdem
der Abbildungsstrahl I innerhalb der integrierenden Kugel 313 reflektiert
worden ist, tritt ein reflektierter Strahl aus der Kugel durch die Öffnung 313 aus.
Mehr speziell ist der aus der Öffnung 313 austretende
Strahl eine Ansammlung von reflektierenden Strahlen innerhalb der
integrierenden Kugel, wobei jeder Strahl über eine unterschiedliche Weglänge von
den anderen Strahlen verläuft.
Als Ergebnis hat die Ansammlung dieser Strahlen, die aus der Öffnung 313 austreten,
eine reduzierte Kohärenz im
Vergleich zu dem ursprünglichen
Abbildungsstrahl I.
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In
einer Abwandlung des gerade beschriebenen Ausführungsbeispiels ist, wie in 6 gezeigt ist,
eine zweite, innere Kugel 317 vorgesehen, die eine Außenfläche hat,
die mit demselben, nicht-absorbierenden Material wie die Innenfläche der
Kugel 313 versehen ist. Die innere Kugel 317 und
die integrierende Kugel 311 können konzentrisch sein, dies ist
jedoch nicht erforderlich. Der Abbildungsstrahl I, der in die integrierende
Kugel 311 durch die Öffnung 312 eintritt,
wird in einer Sammlung von Strahlen aufgebrochen, die durch die
innere Kugel 317 und die Innenfläche der integrierenden Kugel 311 reflektiert werden.
Der sich ergebende, reflektierte Strahl, der zu dem Gegenstand 1 durch
die Öffnung 313 übertragen
wird, ist eine Ansammlung der reflektierten Strahlen und hat eine
reduzierte Kohärenz.
Der Effekt der Bereitstellung der inneren Kugel ist es, den Reflektionspfad
des Lichts zu verlängern,
während es
von der Eintrittsöffnung 312 zu
der Austrittsöffnung 313 verläuft.
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Verschiedene
Radien der Kugel 311 und Durchmesser der Eintritts- und
Austrittsöffnungen sind
möglich.
Gegenwärtig
wird ein Radius von 25 mm für
die Kugel 311 und 1 mm Eintrittsöffnung und 5 mm Austrittsöffnung bevorzugt.
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Das
Ausführungsbeispiel
der 5 und 6 werden gegenwärtig als
weniger wirkungsvoll betrachtet als das Ausführungsbeispiel mit optischen Fasern
wegen der Verluste, die mit der Verwendung des reflektierenden Materials
zusammenhängen.
Die Verschlechterung, die sich insbesondere bei dem Ausführungsbeispiel
von 6 ergibt, wird als recht nachteilig empfunden.
Die Anordnung eines Puffers vor dem Eingang zu dem Ausführungsbeispiel
von 5 mit einer Kugel kann bessere Arbeitsergebnisse
haben. Es ist zu erwarten, dass, wenn sich die Reflektionsfähigkeit
möglicher
Beschichtungen verbessert, diese Ausführungsbeispiele attraktiver
werden.
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Wie
in 7 gezeigt ist, besteht ein drittes Ausführungsbeispiel
der optischen Kohärenz-Reduktionsvorrichtung 30 der
vorliegenden Erfindung aus einem ersten Gitter 321 und
einem zweiten Gitter 322, die entlang dem Weg des Abbildungsstrahls 1 angeordnet
sind. Die Gitter 321, 322 in dem Beispiel sind
Brechungsgitter, es ist jedoch zu verstehen, dass reflektierende
Gitter mit den gleichen Ergebnissen verwendet werden könnten. Die
Gitter 321, 322 sind vorzugsweise identisch, wobei
sie einen vorgegebenen Gitterabstand Λ, in der Wellenlänge λ und eine
erste Brechungsordnung haben, obwohl Gitter mit unterschiedlichen
Gitterabständen
und anderen Eigenschaften ebenfalls verwendet werden können.
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Im
Betrieb trifft der Abbildungsstrahl I auf die Oberfläche des
Gitters 321 unter einem vorgegebenen Winkel θi auf und wird unter einem Winkel θ0 gebrochen. Wenn der Abbildungsstrahl I
aufgeweitet werden könnte,
so dass er einen Durchmesser D hat, wie in 7 zu sehen
ist, kann der optische Wegunterschied (OPD = Optical Past Difference),
der zwischen den beiden Rändern
des Abbildungsstrahls erreicht wird, mit der Formel berechnet werden:
OPD = Dtanθi + Dsinθ0/cosθ1. Die Brechungsbeziehung ist sinθ0 = λ/Λ – cosθi. Der gebrochene Lichtstrahl trifft danach
auf das zweite Gitter 322 auf und wird gebrochen. Der Einfallswinkel
kann derselbe Winkel θi sein, und der Ausgangswinkel θ0 kann ebenfalls derselbe wie vorher sein.
Durch Anwendung derselben Berechnung ist der optische Wegunterschied
des resultierenden Strahls gleich 2 OPD. Es ist aus der obigen Berechnung
zu ersehen, dass der optische Wegunterschied zwischen der Lichtquelle
und dem Gegenstand dadurch vergrößert werden
kann, dass mehrere ähnliche
Gitter entlang dem Weg des Strahls I angeordnet werden. Die Anordnung
ist so gewählt,
dass das Licht in derselben Drehrichtung, beispielsweise im Uhrzeigersinn,
abgelenkt wird, bis OPD0 = nOPD größer ist
als die Kohärenzlänge der Lichtquelle.
An diesem Moment ist der resultierende Strahl inkohärent, und
das Verfahren vermindert das Speckle-Phänomen. Die oben angegebenen
Berechnungen können
auch angewendet werden, wenn Reflektionsgitter in einem alternativen
Ausführungsbeispiel
statt der Brechungsgitter verwendet werden.
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Es
ist zu beachten, dass als Ergebnis der Verwendung der Gitter in
dem Ausführungsbeispiel von 7 der
Weg des Abbildungsstrahls I sich ändert. Die Anordnung kann so
getroffen werden, dass der Eintritts- und Austrittsstrahl den gleichen
Querschnitt hat, obwohl zwischen den Gittern der wirksame Querschnitt
in einer bedeutungsvollen Richtung viel größer sein kann. Das Design ist
so gewählt, dass
die letzte Gitteroberfläche
senkrecht zu der Fortpflanzungsrichtung des Gitters ist. Dies ermöglicht beispielsweise
die Verwendung eines Beleuchtungsschemas von diesem Punkt zu dem
Gegenstand, das als Kohler-Beleuchtung bezeichnet wird. Je nach
der Anzahl der vorgesehenen Gitter müssten geeignete optische Vorrichtungen
vorgesehen sein, um den in seiner Kohärenz Strahl geeigneter Weise auf
den Gegenstand I zu richten. Alternativ könnte die Lichtquelle 10 in
geeigneter Weise im Bezug auf die Kohärenzreduktionsvorrichtung 30 so
positioniert werden, dass der von der Vorrichtung 30 ausgegebene
Strahl ordnungsgemäß auf den
Gegenstand 1 gerichtet würde.
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Statt
der Verwendung mehrer Gitter kann das Licht mehrmals durch dasselbe
Gitter hindurchgeführt
werden, wobei geeignete Spiegel oder andere Reflektions/Dereflektions-Einheiten
verwendet werden, um das Licht beispielsweise entlang einem Weg ähnlich dem,
der in 7 gezeigt ist, das heißt mit einer Neuausrichtung
bei 90° Intervallen
neu auszurichten. Eine Neuausrichtung an anderen Intervallen ist
ebenfalls annehmbar.
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Ein
viertes Ausführungsbeispiel
der optischen Kohärenzreduktionsvorrichtung 30 ist
in 8 gezeigt. Wie in 8 zu ersehen
ist, besteht die Vorrichtung 30 aus einem akusto-optischen
Modulator 331, der entlang dem Weg des Abbildungsstrahls
I und vor einer Abbildungslinse 333 angeordnet ist. Der
akusto-optische Modulator 331 ist mit einer Quelle von
elektronischem Weißrauschen 332 gekoppelt, die
ein Weiß-Rauschsignal
mit Frequenzen liefert, die in dem 1–20 GHz-Bereich sein können. Der
Abbildungsstrahl I trifft auf eine relativ große Oberfläche des Modulators 331 unter
einem vorgegebenen Winkel auf, wobei die Oberfläche Abschnitte mit unterschiedlichen
Frequenzen in dem gleichen 1–20 GHz-Bereich
hat. Der Abbildungsstrahl I wird dann durch die Störungen in
dem Modulator gebrochen und erfährt Änderungen
in der Richtung und der Wellenlänge.
Daher hat an dem Ausgang des Modulators 331 der resultierende,
modulierte Strahl nicht-kohärente
Eigenschaften, und er kann auf den Gegenstand unter Verwendung der
Abbildungslinse 333 abgebildet werden. Die optische Anordnung
kann ähnlich
sein zu der, die dem System mit den Gittern verwendet wird. Ein
akusto-optischer Modulator oder ein elektro-optischer Modulator
können
auch mit einem Gitter verwendet werden, um sowohl lange als auch kurze
Kohärenzlängen akzeptieren
zu können.
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Ein
Aspekt dieses Ausführungsbeispiels
ist die Fähigkeit,
die Dauer der Impulse, die von einem gepulsten Laser empfangen werden,
zu verlängern, so
dass sie die Kohärenzlänge des
Abbildungsstrahles übersteigen,
und eine effektivere Art und Weise der Verwendung eines rotierenden
Diffusors zu gestatten. Angenommen, die Impulslänge kann von 5 ns auf 50 ns
durch Verwendung eines Faserbündels mit
Faserlängenunterschieden
bis zu 20 m gestreckt werden. Ein rotierendes Grundglas mit einem
Durchmesser von 100 mm, das sich beispielsweise mit 30000 Umdrehungen
pro Minute dreht, kann die Speckle-Modulation um einen Faktor von
5 reduzieren. Verschiedene Kombinationen der gerade beschriebenen
Ausführungsbeispiele
sind ebenfalls möglich.
Beispielsweise kann ein Faserbündel
mit einem Brechungsgitter oder mit einem akusto-optischen Modulator
verwendet werden, ein Brechungsindex könnte mit einem akusto-optischen
Modulator verwendet werden usw. Die Reihenfolge, in der die verschiedenen
Komponenten der optischen Kohärenzreduktionsvorrichtung
angeordnet werden, ist nicht notwendiger Weise kritisch; es ist
jedoch wichtig, die vorstehende Warnung im Bezug auf die Be ziehung
des Elements, das am nächsten
zu der Strahlquelle angeordnet ist, und auf die Kohärenzlänge zu wiederholen,
um den Multiplikationsvorteil der Verwendung kleinerer Faserbündel sicherzustellen, wie
oben diskutiert wurde.
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Während die
Erfindung in Bezugnahme auf verschiedene, bevorzugte Ausführungsbeispiele
wie oben beschrieben wurde, sind verschiedene Ausführungsbeispiele
innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung für den Durchschnittsfachmann
offensichtlich. Beispielsweise, während das bevorzugte Ausführungsbeispiel
in dem Zusammenhang einer Vorlage, die in der Halbleiterherstellung
verwendet wird, beschrieben wurde, ist es innerhalb des beabsichtigten
Umfangs der Erfindung, diese einfache und leistungsfähige Technik
auf die Inspektion von anderen gemusterten Gegenständen, die
bei der Halbleiterherstellung verwendet werden, anzuwenden oder
auf die Halbleiterwaverinspektion. Tatsächlich sind das erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung
in gleicher Weise auf die Inspektion von Wavern und auch von Masken,
Fotomasken, Vorlagen oder anderen derartigen Produkten anwendbar,
die in einer ähnlichen
Weise bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen verwendet
werden, beispielsweise bei einem photolithographischen Verfahren.
Soweit das erfindungsgemäß Verfahren und
die erfindungsgemäße Vorrichtung
betroffen sind, sind folglich die Begriffe „Maske", „Fotomaske" und „Vorlage" und Begriffe, die ähnliche
Gegenstände
definieren, untereinander austauschbar und sollte derart von dem
Durchschnittsfachmann verstanden werden. Darüber hinaus ist die Kohärenzreduktionstechnik
der Erfindung nicht auf die Anwendung bei Inspektionssystemen beschränkt, sondern
sie kann stattdessen in jedem auf einen Halbleiter gerichteten Herstellungsverfahren
verwendet werden, wo Kohärenzreduktionstechniken
benötigt
werden.