WO2005088271A1 - Imaging ellipsometer with a synchronized sample advance and ellipsometric measuring method - Google Patents

Imaging ellipsometer with a synchronized sample advance and ellipsometric measuring method Download PDF

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WO2005088271A1
WO2005088271A1 PCT/EP2005/002380 EP2005002380W WO2005088271A1 WO 2005088271 A1 WO2005088271 A1 WO 2005088271A1 EP 2005002380 W EP2005002380 W EP 2005002380W WO 2005088271 A1 WO2005088271 A1 WO 2005088271A1
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detector
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image
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PCT/EP2005/002380
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Inventor
Dirk HÖNIG
Original Assignee
Nanofilm Technologie Gmbh
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211Ellipsometry

Definitions

  • the invention relates to a method for imaging, ellipsometric detection of a sample arrangement that is mainly extended over a large area, in which the sample assembly is illuminated at least in regions by means of an illumination arrangement with polarization properties that can be set with illuminating light under an illumination angle inclined to the sample normal, detection light reflected from illuminated areas of the specimen in an under a suitable polarization-sensitive detection arrangement arranged at an inclination angle normal to the sample is imaged on a controlled readable detector with a plurality of ordered, photosensitive detector elements, parameters of imaging sample areas on the detector are varied and at least one readout area of the detector is synchronized with the variation of the imaging parameters is read out to generate sample areas.
  • the invention further relates to an imaging egg lipometer for imaging, ellipsometric detection of a sample that is mainly extended over a large area, comprising an illumination arrangement for illuminating the sample at least in regions with illuminating light selectable polarization properties under an illumination angle inclined to the sample normal, one at a suitable detection angle inclined to the sample normal Arranged detection arrangement for polarization-sensitive, imaging detection of detection light which is reflected by illuminated areas of the sample, comprising a controlled readable detector with a plurality of photosensitive, ordered detector elements, variation means for varying parameters of imaging sample areas on the detector and control means for controlling the Reading out at least one reading area of the detector in synchronism with the variation of the imaging parameters.
  • the invention relates to a quality assurance module for the detection of manufacturing defects in a product manufacturing device.
  • a light source L with associated optics is generated a light beam that illuminates a sample arrangement at least in regions at an angle, ⁇ .
  • Angle ⁇ is usually measured against the sample standard and can be selected with conventional devices.
  • the lighting arrangement comprises polarization-relevant elements with which the polarization properties of the
  • Illumination light can be modified.
  • a polarizer P and a compensator C which can be designed, for example, as a quarter-wave plate, are used.
  • the sample arrangement is therefore illuminated at least in regions with illuminating light of known polarization properties.
  • a detection arrangement for detecting detection light is also provided at an angle to the sample normal. Since light is generally used as the detection light from the illuminated sample areas, the angle of the detection arrangement to the sample normal, following the law of reflection of the beam optics, generally also corresponds to the angle ⁇ .
  • Detection light is directed to a photosensitive detector D via suitable light guide optics and further polarization-relevant elements (in the diagram shown an analyzer A).
  • the intensity detected on the detector D depends, among other things, on the relative setting of the polarization-relevant elements to one another. The choice of the angle ⁇ also influences the detected intensity.
  • Imaging and non-imaging applications of ellipsometry are known. While at the non-imaging If the ellipsometry optics and detector are aligned with the illumination of a single point or the detection of reflection light from this point, larger sample areas are simultaneously illuminated in the imaging ellipsometry and an imaging optic 0 is provided which assigns individual points of the illuminated area to corresponding photosensitive detector elements. from which the detector is constructed in an orderly manner.
  • Two basic principles are known in particular for carrying out an ellipsometric measurement. For example, several individual measurements with different relative settings of the polarization-relevant elements to one another and / or different settings of the
  • Angle ⁇ performed and values of interest are derived according to the physical relationships known to the person skilled in the art from the resulting sequence of measurement value units (individual measurement values in the case of non-imaging or individual images in the case of imaging application).
  • the polarization-relevant elements are set relative to one another in such a way that certain characteristic values of a result image, for example a contrast between two imaged sample areas, assume a special value.
  • the unavoidable difficulty arises in imaging applications that neighboring sample areas, which can be illuminated simultaneously and can be detected by the detector at the same time, have different distances from the detector.
  • imaging optics with extreme depth of field would have to be used in the detection arrangement.
  • an oscillating movement of the sample is provided during the integration time of the imaging detector in order to achieve an averaging of a speckle pattern, which arises from the interference of partial beams of the illuminating light scattered on the sample with one another.
  • the known device and the known method are not suitable for solving the above-explained problems of automatically recording large image areas with a consistently high image sharpness, since only a single sample area with blurred edges is recorded.
  • the sample movement during the integration time of the detector leads to a strong "blurring" of the generated image and thus to a clear decrease in the image sharpness.
  • DE 694 15 641 T2 discloses a scanning ellipsometry device in which an illuminating beam from beam deflectors is guided over the sample to be examined. Disadvantages here are the high mechanical outlay, which has to be done for an exact beam deflection, and the high optical outlay, for correct focusing of the illuminating beam moving over the sample and for "sharp" imaging of the likewise moving, reflected beam onto a two-dimensional one Detector is required.
  • US 6,052,188 discloses a non-imaging, ellipsometric spectral analysis device in which a two-dimensional detector for recording polarimetric and spectrometrically resolved result arrays are used for a single sample point.
  • the first-mentioned object is achieved in connection with the features of the preamble of claim 1 in that the sample arrangement is moved in a motorized manner relative to the detection arrangement, different sample areas being mapped in succession onto the same detector readout area, the detector readout area synchronously with the movement of the sample is read out, and result partial images read out successively from the detector read-out area are combined to form a result image.
  • This principle of the method according to the invention is completely detached from the previously pursued idea of "focusing" different image areas. Instead, the sample itself is read out with the detector proceed synchronously.
  • This has the advantage that the imaging optics can be designed in a correspondingly simple manner and can be optimized in terms of optically relevant boundary conditions.
  • the sample arrangement is advantageously moved linearly and perpendicularly to the sample normal and parallel to the plane of incidence of the illuminating light.
  • the movement can take place continuously or step by step.
  • Continuous movement of the sample arrangement lends itself to applications in which the time factor is critical. However, it can only be implemented if the lighting conditions allow a sufficiently short integration time of the detector, so that despite the continuous movement, it is possible to generate sufficiently sharp partial images.
  • a step-by-step movement of the sample arrangement enables longer integration times of the detector without the risk of “smearing” of partial images.
  • the polarization properties of the illuminating light and the polarization-sensitive detection arrangement are particularly preferably set relative to one another at the beginning of the method in such a way that a result image of a reference sample arrangement with respect to at least one image characteristic value shows an extreme value.
  • This image characteristic value is preferably a contrast between two selected sample areas.
  • This embodiment of the method according to the invention can be used in particular in so-called zero-ellipsometry.
  • the settings can be made, for example, in such a way that there is no or one between two adjacent areas of the reference sample minimal contrast is recognizable, so that the occurrence of a contrast between equivalent regions of a sample to be measured characterizes a deviation from a desired value.
  • the setting can also be made in such a way that a maximum contrast arises between two sample areas of a reference sample, so that, for example, certain shapes of sample areas become particularly well recognizable during the actual measurement.
  • the result image which is preferably displayed to the user via a display device, advantageously forms a kind of continuous window. This means that a result image made up of result partial images corresponds in each case to the previously built result image without its first read partial image and supplemented by a newly read result partial image. If the resulting sequence of result images, which can also be stored digitally and / or analogously, is displayed, the result is the impression of an observation window through which the sample is passed.
  • the synchronization of motorized sample feed and readout of the detector readout area can be guaranteed in different ways.
  • known movement data for example speed, duration of a movement step, feed distance during a movement step, etc.
  • the problem with both variants can be that the Readout control is based only on mechanical movement parameters. However, it may be that, for example, by unevenness of the substrate, undesirable optical deviation 's added. For example, a wave in the substrate would result in a change in the reflection angle, which would result in a shift in the imaging area of the sample on the detector due to the lack of corresponding adaptation of the detection beam path.
  • an interest region (ROI: region of interest) is defined in a reference image on the basis of image information parameters and its position and / or shape is determined in a first partial image, in a second partial image after a shift the position and / or shape of the ROI is determined on the basis of the same image information parameters of the sample, the second partial image is corrected at least in part by translation, rotation, compression and / or stretching in such a way that the position and / or shape of the ROI in the second partial image also the position and or shape of the ROI in the first partial image matches, and position and / or shape-corrected partial images or sections thereof are used to construct the result image.
  • ROI region of interest
  • the result of this measure is that the individual partial images or sections thereof are corrected from themselves, ie from image information contained in them can, so that the optical errors mentioned above are compensated in a result image constructed from them.
  • the synchronization between reading and sample movement can therefore be carried out in a simple manner on the basis of known or measured purely mechanical parameters.
  • the image information parameters that are used for correction can include contrast, intensity, color and / or shape information.
  • certain markings on the substrate whose setpoints (eg position, shape, size, etc.) are known, can be used as correction markers.
  • Structures of the sample itself can also be used as correction markers.
  • the structure of the illuminating light for example an intensity maximum of a laser beam, can also be used for the correction.
  • ROIs are particularly relevant as relevant sections of individual drawing files.
  • the reference image used to define the ROI can be identical to the first partial image or can be a separately recorded image.
  • a particularly preferred application of the method according to the invention is in the field of quality assurance, in particular in the production of micro-arrays or biochips. It is preferably provided that sample areas to be recorded in the future are prepared with the detection of sample areas and result images are subjected to an automated or visual check and, in the event of deviations from predetermined target values, parameters of the sample preparation are varied accordingly.
  • sample areas to be recorded in the future are prepared with the detection of sample areas and result images are subjected to an automated or visual check and, in the event of deviations from predetermined target values, parameters of the sample preparation are varied accordingly.
  • these are purely exemplary and in no way As a limitation, this can be implemented, for example, by feeding substrates, which are mechanically coated with patterns of biomolecules, comparatively shortly after their preparation to a device suitable for carrying out the method according to the invention.
  • the resulting result images can then be inspected by a human quality controller or automatically by using suitable image processing algorithms (e.g.
  • Pattern recognition algorithms can be compared with specified target values (e.g. shape, contrast, intensity, etc.). Deviations from the target values indicate errors in sample preparation. These can be corrected manually or automatically for those samples that are being prepared. The success of the correction can be checked shortly thereafter if the test method according to the invention explained above is then applied to these samples. The shorter the time between sample preparation and review, the smaller the amount of rejects that can be kept.
  • target values e.g. shape, contrast, intensity, etc.
  • the described ellipsometric analysis gives the possibility to determine a correction factor that can be taken into account in the intended use of the sample and thereby improves the quality of the result.
  • this could, for example, be the specification of a
  • Area occupancy factor which is used, for example, as a weighting factor in a fluorometric analysis.
  • An element of a microarray that was incompletely occupied with biomolecules would therefore have a weighting factor between 0 and 1, for example, while an element that was occupied in excess would be assigned a weighting factor> 1.
  • variation means comprise a movable sample holder with which the sample can be moved in such a way that different sample areas are mapped in succession onto the same detector read-out area
  • control means in this way are set up in such a way that the detector read-out area can be read out synchronously with the movement of the sample
  • image processing means are provided and set up in such a way that result partial images read out successively from the detector read-out area can be combined to form a result image.
  • a sensor is advantageously provided, via which the control means receive information regarding the current positioning of the sample. Such information can be used to generate trigger signals for the detector reading and thus for the synchronization of sample movement and detector reading.
  • Such information can be used to generate trigger signals for the detector reading and thus for the synchronization of sample movement and detector reading.
  • the motor-movable sample carrier is preferably designed as a conveyor belt, which can move the sample linearly perpendicular to the sample normal and parallel to the plane of incidence of the illuminating light, continuously or stepwise.
  • a conveyor belt which can be designed as a real belt, but also as a grid, net, chain or the like, is particularly suitable for use in larger devices in which samples are prepared in one area and in another area, which they are conveyed with the aid of the conveyor belt can be supplied, their quality can be checked.
  • the sample carrier is designed as a rotary table, which can move the sample azimuthally to the sample normal, also continuously or step by step.
  • the lighting arrangement advantageously includes beam shaping means in order to match the shape of the illuminating light to the shape of the sample areas of interest. Adjacent sample areas from which disturbing reflection light could be imaged on the same detector area are not illuminated, so that no interference light can arise.
  • Another advantage of this embodiment is that the radiation exposure to the sample can also be reduced and the image contrast that can be achieved can be improved. Sample areas that are not clearly focused on the detector at a time are also not illuminated, so that the illumination of the sample area of interest, for example with regard to the contrast that can be achieved, can be optimized, that is to say maximized, as a rule, without other radiation areas, possibly later to be measured, being affected by the radiation.
  • this can be a cylindrical lens or a corresponding mirror optic, through which the illuminating light can be directed onto a strip-shaped sample area which is in particular perpendicular to the plane of incidence of the illuminating light.
  • a cylindrical lens or a corresponding mirror optic has a focal line instead of a focal point. In connection with the device according to the invention, it is therefore suitable for reducing the illuminated sample area to a narrow strip perpendicular to the direction of movement. High intensities (and thus high image contrasts) can be achieved within this strip without unnecessarily burdening other sample areas by radiation.
  • the detector is a line detector which is extended perpendicularly to the direction of movement of the sample and in which a plurality of adjacent detector elements can be defined as a strip-shaped detector reading area. Since only a narrow strip is illuminated due to the cylinder optics, the corresponding detector readout area can also be designed as a narrow strip.
  • the alignment of the line detector is preferably adapted perpendicularly to the failure level of the detection light or, in the case of deflection optics in the detection arrangement, accordingly.
  • the detector is also possible to design the detector as an area detector, of which a strip-shaped region of adjustable width or adjustable length and width extending perpendicular to the direction of movement of the sample can be defined as the detector read-out region.
  • the detector read-out region there are significant simplifications in terms of focusing the system and advantages in the flexibility of the selection of the readout area.
  • the sensitivity of the system increases due to a correspondingly possible longer exposure time.
  • the cylinder optics are advantageously arranged such that the illuminating light has a beam waist in the sample plane. This is particularly advantageous if a laser beam with a Gaussian beam profile is used as the source of the illuminating light, since an essentially flat wavefront is then realized in the sample plane.
  • the lighting arrangement has a light source and beam expansion means arranged in front of the cylinder optics for generating an expanded, parallel light beam.
  • a laser can be used as the light source, the narrow beam of which is initially widened in both dimensions perpendicular to the beam direction by means of radially symmetrical beam expansion optics and then focused by the cylinder optics in one of these dimensions, while the expansion is retained in the other dimension.
  • a further cylinder optic as beam expansion means, which expands the beam of the light source in only one dimension. This widening is maintained by the focusing cylinder optics, while the beam tapering according to the invention takes place perpendicular to it.
  • the focusing cylinder optics preferably have a long focal length.
  • the lighting arrangement has polarization-influencing light guide means, for example a polarizer and a compensator, such as a quarter-wave plate, which are arranged between the beam expansion means and the cylinder optics.
  • polarization-influencing light guide means for example a polarizer and a compensator, such as a quarter-wave plate, which are arranged between the beam expansion means and the cylinder optics.
  • the polarization-influencing elements in this embodiment must have a sufficiently large diameter to allow the expanded beam to pass.
  • large diameter polarizer crystals are relatively expensive.
  • the lighting arrangement has polarization-influencing light guide means which are arranged between the light source and the beam expansion means. These only have to have a small diameter and are therefore comparatively cheap.
  • beam expansion optics should then be selected very carefully in order to minimize the above-mentioned disturbances in the polarization properties.
  • FIG. 1 shows a schematic sketch of the structure of an imaging egg lipometer according to the prior art
  • FIG. 2 shows a schematic sketch of the detection beam path of an egg lipometer according to the prior art
  • FIG. 3 shows a schematic sketch of the detection beam path of an egg lipometer according to the invention
  • FIG. 4 schematically shows the construction of a result image from partial result images according to the invention
  • Figure 5 shows the schematic structure of a particularly preferred embodiment of an ellipsometer according to the invention.
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of the beam paths of an embodiment of an ellipsometer according to the invention with a cylindrical lens
  • FIG. 7 shows a schematic top and side view of the illumination beam path of the ellipsometer from FIG. 6,
  • FIG. 8 shows a schematic representation of the superposition of desired and interference reflections from adjacent beams
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of a beam superimposition when a parallel beam is incident
  • FIG. 10 shows a schematic illustration of a beam superimposition when a beam of rays is incident with a beam waist in the sample plane.
  • FIG. 1 shows schematically the structure of the ellipsometer
  • Detection beam path of an ellipsometer according to the prior art. Note that to simplify the figure, the polarization-relevant optical elements, such as an analyzer, have been omitted.
  • a sample 10 is shown, from which reflected light is imaged onto an imaging surface detector 12 by means of optics 11. Because of the
  • Angle ⁇ at which the optical axis of the detection beam path is inclined relative to the sample normal, different areas of the sample 10 have different distances from the detector 12. It is therefore not possible to adjust the imaging optics 11 while maintaining essential optical properties, such as the light intensity that all areas of the sample 10 are “sharply” imaged on the detector 12.
  • the apparent flight arrangement known from photography is only suitable for small magnifications, since for the frequently required high resolution and magnification, an extreme tilt of the detector and thus distortion Usually, this is done by first adjusting the imaging optics 11 such that a first sample area 10a is focused on the area 12a of the detector 12 assigned to it. With this setting, the remaining sample areas become "unsharp" on the others detector areas shown.
  • a first image is read out of the detector.
  • the optics 11 are then readjusted (shown in broken lines as imaging optics 11 ′), so that a second sample area 10b is sharply imaged on a second detector area 12b read an image from the detector again. This is done as often as necessary to sharply image all sample areas at least once on a corresponding detector area. Subsequently, the "sharp" sub-areas have to be cut out of the recorded sequence of individual images and put together to form a result image.
  • the sample 10 is “sharply” imaged on the corresponding detector area 12a
  • no further settings on the imaging optics 11 are provided This can be correspondingly simple or optimized with regard to optical parameters other than the adjustability or depth of field.
  • the sample 10 is moved according to the invention, for example in the direction of the movement arrow 13, so that a sample area adjacent to the sample area 10a is “sharp”. is imaged on the same detector area 12a.
  • the “sharp” sub-areas of the resulting individual images can be cut out and put together to form a larger-area result image. It is even cheaper to use only the “sharp” image "To read out the imaging area of the detected detector area alone and to dispense with reading out the other detector areas. This can accelerate data acquisition and reduce the amount of data to be saved. 005/088271
  • each partial image comprises only a single line of pixels.
  • other definitions or drawing file dimensions are also possible.
  • each result image 14 shown can each have the same dimensions, ie be constructed from the same number of partial images.
  • the partial images contributing to the result image 14 can, as shown in FIG. 4, each correspond to those partial images which contributed to the construction of the previous result image, but without the oldest partial image 15x and supplemented by a recently recorded partial image .15y.This gives the viewer the impression of a continuous result image 14.
  • FIG. 5 shows a particularly favorable embodiment of an ellipsometer according to the invention.
  • a so-called micro-array or a biochip is schematically indicated as sample 10.
  • the detection beam path essentially corresponds to the beam path indicated in FIG. 3, with here too Simplification of the drawing, the representation of the polarization-relevant optical elements has been omitted.
  • the detector 12 is designed as a line detector. Only one illumination optics 16 of the illumination beam path of the ellipsometer is shown.
  • the polarization-relevant elements, such as the polarizer and compensator, and the light source were not shown in the illumination beam path either.
  • the illumination optics 16 is shown as a cylindrical lens.
  • a widened parallel laser beam with a Gaussian beam profile is preferably coupled into this cylindrical lens. Since the cylindrical lens has a focal line instead of a focal point, this arrangement leads to a strip-shaped illumination of the sample 10.
  • the illuminated sample area is shown as the sample area 10a.
  • the cylindrical lens 16 is advantageously selected and arranged such that, as indicated in FIG. 5, the illuminating beam has a beam waist in the sample plane. This leads to flat wavefronts in the sample plane and thus to a uniform distribution of the polarization properties of the illuminating light.
  • the sample is moved by a motor, as indicated by the movement arrow 13, so that all sample areas are illuminated one after the other and imaged on the detector 12. As shown in FIG.
  • FIG. 6 shows the particularly favorable embodiment of an ellipsometer according to the invention with a cylindrical lens from FIG. 5 in more detail.
  • the detection beam path ie the elements between the light source 21 and the sample arrangement 45 are shown again in FIG. 7, FIG. 7 a showing a plan view of the beam path and FIG. 7b shows a side view as in FIG. 6.
  • the beam 40 is expanded perpendicular to its plane of incidence onto the substrate 50 (paper plane in FIG.
  • a beam expansion optic which in the exemplary embodiment shown is made up of two cylindrical lenses 23, 24 (see FIG. 7a).
  • the polarization properties of the illumination beam 40 can be adjusted by means of an analyzer 25 and a compensator 26.
  • the reflected light 40 ′ is imaged on an imaging detector 30 by means of imaging optics 28, which can have a usual radial symmetry.
  • an analyzer 29 is also arranged in the detection beam path.
  • the movement arrow 60 indicates the sample movement according to the invention which is synchronized with the reading out of the detector.
  • FIG. 8 schematically shows the problem of superimposing adjacent beams, which results from large-area lighting. This problem can be avoided by the lighting described above using a cylindrical lens.
  • the sample arrangement of which only a transparent carrier substrate 50 is shown in FIG. 8, is illuminated with an illuminating beam 40 which, according to conventional technology, illuminates a large sample area in parallel.
  • FIG. 8 shows parallel partial beams 41, 42, 43, 44, 45 adjacent to the illumination beam 40.
  • each beam 41-45 is applied directly to an upper surface 51 of the substrate 50 (or to the actual sample, provided that this is applied to the surface 51, for example as a thin biomolecule layer) as a reflection beam 41'-45 ' reflects the detector.
  • Another part of each beam 41-45 penetrates the upper surface 51 of the substrate 50 and is reflected on the lower surface 52 of the substrate 50 (or on the actual sample if this is applied to the surface 52) (41 '' -45 ''). After passing through the upper surface 51 of the substrate 50 again, this light also approaches the detector as indirectly reflected rays 41 '''-45'''.
  • the indirectly reflected rays 41 '''-45''' overlap with the respectively directly reflected rays 41'-45 '.
  • the overlapping steels fall on the same detector elements, so that they contribute indiscriminately to the resulting signal.
  • the directly reflected portions 41'-45 'or the indirectly reflected portions Shares 41 '''-45''' can be regarded as a desired signal or as a disturbance component.
  • FIG. 9 shows the case in which the transparent carrier substrate 50 is so thin that, despite the lighting according to the invention, an overlap region 46 results in a cylinder optic in which directly and indirectly reflected light falls on the same detector elements, although a clear separation is possible in other regions ,
  • the overlap area 46 is shown hatched in FIG. FIG. 9 is based on the case that the sample is illuminated with an essentially parallel light beam.
  • FIG. 10 shows the case of particularly advantageous illumination of the sample with a light beam with a pronounced beam waist in the sample plane.
  • Such lighting can be implemented, for example, with the arrangement in FIG. 6.
  • a beam in particular with a Gaussian beam profile, and then focusing it in the sample plane by means of a cylindrical lens, effective beam tapering can be achieved in one dimension in the sample plane.
  • This has the effect that there is no overlap of directly and indirectly reflected light in the sample plane.
  • the hatched overlap region 37 is harmless, since the beams overlapping one another have different directions, so that they can be separated by the imaging optics and directed to different areas of the detector.

Abstract

The invention relates to a method and device for the imaging ellipsometeric detection of an, in essence, flatly extending sample array (10). According to the invention, the sample array is, by means of an illuminating arrangement, illuminated at least in areas and at an illuminating angle (ϕ) diagonal to the sample normal with illuminating light having adjustable polarizing properties. Detection light, which is reflected by illuminated areas of the sample (10), in a polarization-sensitive detection arrangement, which is situated at an illuminating angle (ϕ) diagonal to the sample normal, is projected onto a detector (12), which can be read out in a controlled manner and which has a number of ordered photosensitive detector elements. Parameters of the projection of sample areas onto the detector (12) are varied. At least one read-out area (12a; 12b) of the detector (12) is read out synchronous to the variation of the imaging parameters in order to generate images representative of sample areas.

Description

Abbildendes Eilipsometer mit synchronisiertem Probenvorschub und ellipsometrisches MessverfahrenImaging egg lipometer with synchronized sample feed and ellipsometric measuring method
Beschreibungdescription
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur bildgebenden, ellipsometrischen Erfassung einer hauptsächlich flächig ausgedehnten Probenanordnung, bei dem die Probenanordnung wenigstens bereichsweise mittels einer Beleuchtungsanordnung mit Beleuchtungslicht einstellbarer Polarisationseigenschaften unter einem zur Probennormalen geneigten Beleuchtungswinkel beleuchtet wird, von beleuchteten Bereichen der Probe reflektiertes Detektionslicht in einer unter einem geeigneten, zur Probennormalen geneigten Beleuchtungswinkel angeordneten, polarisationssensitiven Detektionsanordnung auf einen gesteuert auslesbaren Detektor mit einer Mehrzahl geordneter, photosensitiver Detektorelemente abgebildet wird, Parameter des Abbildens von Probenbereichen auf den Detektor variiert werden und wenigstens ein Auslesebereich des Detektors in synchroner Weise zu der Variation der Abbildungsparameter zur Erzeugung von Probenbereiche repräsentierenden Bildern ausgelesen wird. Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein abbildendes Eilipsometer zur bildgebenden, ellipsometrischen Erfassung einer hauptsächlich flächig ausgedehnten Probe, umfassend eine Beleuchtungsanordnung zur wenigstens bereichsweisen Beleuchtung der Probe mit Beleuchtungslicht wählbarer Polarisationseigenschaften unter einem zur Probennormalen geneigten Beleuchtungswinkel, eine unter einem geeigneten, zu der Probennormalen geneigten Detektionswinkel angeordnete Detektionsanordnung zur polarisationssensitiven, abbildenden Detektion von Detektionslicht, welches von beleuchteten Bereichen der Probe reflektiert wird, umfassend einen gesteuert auslesbaren Detektor mit einer Mehrzahl von photosensitiven, geordneten Detektorelementen , Variationsmittel zum Variieren von Parametern des Abbildens von Probenbereichen auf den Detektor und Steuermittel zur Steuerung des Auslesens wenigstens eines Auslesebereichs des Detektors in synchroner Weise zu der Variation der Abbildungsparameter.The invention relates to a method for imaging, ellipsometric detection of a sample arrangement that is mainly extended over a large area, in which the sample assembly is illuminated at least in regions by means of an illumination arrangement with polarization properties that can be set with illuminating light under an illumination angle inclined to the sample normal, detection light reflected from illuminated areas of the specimen in an under a suitable polarization-sensitive detection arrangement arranged at an inclination angle normal to the sample is imaged on a controlled readable detector with a plurality of ordered, photosensitive detector elements, parameters of imaging sample areas on the detector are varied and at least one readout area of the detector is synchronized with the variation of the imaging parameters is read out to generate sample areas. The invention further relates to an imaging egg lipometer for imaging, ellipsometric detection of a sample that is mainly extended over a large area, comprising an illumination arrangement for illuminating the sample at least in regions with illuminating light selectable polarization properties under an illumination angle inclined to the sample normal, one at a suitable detection angle inclined to the sample normal Arranged detection arrangement for polarization-sensitive, imaging detection of detection light which is reflected by illuminated areas of the sample, comprising a controlled readable detector with a plurality of photosensitive, ordered detector elements, variation means for varying parameters of imaging sample areas on the detector and control means for controlling the Reading out at least one reading area of the detector in synchronism with the variation of the imaging parameters.
Die Erfindung bezieht sich schließlich auf ein Qualitätssicherungsmodul zur Erkennung von Herstellungsfehlern in einer Produktherstellungsvorrichtung.Finally, the invention relates to a quality assurance module for the detection of manufacturing defects in a product manufacturing device.
Zur bildgebenden Erfassung sehr dünner und insbesondere transparenter Proben hat sich die Ellipsometrie als leistungsfähiges Messprinzip etabliert. Das Grundprinzip bekannter ellipsometrischer Verfahren lässt sich am einfachsten anhand der schematischen Skizze von Figur 1 erläutern. Eine Lichtquelle L mit zugehöriger Optik erzeugt einen Lichtstrahl, der unter einem Winkel, φ eine Probenanordnung wenigstens bereichsweise beleuchtet. DerEllipsometry has established itself as a powerful measuring principle for imaging very thin and in particular transparent samples. The basic principle of known ellipsometric methods can be explained most simply using the schematic sketch in FIG. 1. A light source L with associated optics is generated a light beam that illuminates a sample arrangement at least in regions at an angle, φ. The
Winkel φ wird üblicherweise gegen die Probennormale gemessen und ist bei üblichen Vorrichtungen wählbar. Neben der Lichtquelle und einer geeigneten Lichtleitoptik, z.B. einem geeigneten Linsen- und / oder Spiegelsystem, umfasst die Beleuchtungsanordnung polarisationsrelevante Elemente, mit welchen die Polarisationseigenschaften desAngle φ is usually measured against the sample standard and can be selected with conventional devices. In addition to the light source and suitable light guide optics, e.g. a suitable lens and / or mirror system, the lighting arrangement comprises polarization-relevant elements with which the polarization properties of the
Beleuchtungslichtes modifizierbar sind. In dem dargestellten Schema werden ein Polarisator P und ein Kompensator C, der zum Beispiel als Lambda-Viertel-Plättchen ausgebildet sein kann, verwendet. Die Probenanordnung wird daher zumindest bereichsweise mit Beleuchtungslicht bekannter Polarisationseigenschaften beleuchtet. Ebenfalls unter einem Winkel zur Probennormalen ist eine Detektionsanordnung zur Erfassung von Detektionslicht vorgesehen. Da als Detektionslicht in der Regel von den beleuchteten Probenbereichen reflektiertes Licht verwendet wird, entspricht der Winkel der Detektionsanordnung zur Probennormalen, dem Reflektionsgesetz der Strahlenoptik folgend, in der Regel ebenfalls dem Winkel φ. Über eine geeignete Lichtleitoptik sowie weitere polarisationsrelevante Elemente (im dargestellten Schema ein Analysator A) wird Detektionslicht auf einen photosensitiven Detektor D geleitet. Die auf dem Detektor D erfasste Intensität ist unter anderem abhängig von der relativen Einstellung der polarisationsrelevanten Elemente zueinander. Auch die Wahl des Winkels φ beeinflusst die detektierte Intensität.Illumination light can be modified. In the diagram shown, a polarizer P and a compensator C, which can be designed, for example, as a quarter-wave plate, are used. The sample arrangement is therefore illuminated at least in regions with illuminating light of known polarization properties. A detection arrangement for detecting detection light is also provided at an angle to the sample normal. Since light is generally used as the detection light from the illuminated sample areas, the angle of the detection arrangement to the sample normal, following the law of reflection of the beam optics, generally also corresponds to the angle φ. Detection light is directed to a photosensitive detector D via suitable light guide optics and further polarization-relevant elements (in the diagram shown an analyzer A). The intensity detected on the detector D depends, among other things, on the relative setting of the polarization-relevant elements to one another. The choice of the angle φ also influences the detected intensity.
Es sind bildgebende und nicht bildgebende Anwendungen der Ellipsometrie bekannt. Während bei der nicht bildgebenden Ellipsometrie Optik und Detektor auf die Beleuchtung eines einzelnen Punktes bzw. die Detektion von Reflektionslicht aus diesem Punkt ausgerichtet sind, werden bei der bildgebenden Ellipsometrie größere Probenbereiche simultan beleuchtet und es ist eine Abbildungsoptik 0 vorgesehen, welche einzelne Punkte des beleuchteten Bereichs entsprechenden photosensitiven Detektorelementen zuordnet, aus denen der Detektor in geordneter Weise aufgebaut ist.Imaging and non-imaging applications of ellipsometry are known. While at the non-imaging If the ellipsometry optics and detector are aligned with the illumination of a single point or the detection of reflection light from this point, larger sample areas are simultaneously illuminated in the imaging ellipsometry and an imaging optic 0 is provided which assigns individual points of the illuminated area to corresponding photosensitive detector elements. from which the detector is constructed in an orderly manner.
Zur Durchführung einer ellipsometrischen Messung sind insbesondere zwei Grundprinzipien bekannt. So können beispielsweise mehrere Einzelmessungen mit unterschiedlicher relativer Einstellung der polarisationsrelevanten Elemente zueinander und / oder unterschiedlichen Einstellungen desTwo basic principles are known in particular for carrying out an ellipsometric measurement. For example, several individual measurements with different relative settings of the polarization-relevant elements to one another and / or different settings of the
Winkels φ durchgeführt und interessierende Werte gemäß dem Fachmann bekannten physikalischen Zusammenhängen aus der sich ergebenden Folge von Messwerteinheiten (einzelne Messwerte bei nicht bildgebender bzw. einzelne Bilder bei bildgebender Anwendung) abgeleitet werden. Im Gegensatz dazu werden bei der sogenannten Null-Ellipsometrie, die insbesondere bei bildgebenden Anwendungen Einsatz findet, die polarisationsrelevanten Elemente relativ zueinander derart eingestellt, dass bestimmte Kennwerte eines Ergebnisbildes, beispielsweise ein Kontrast zwischen zwei abgebildeten Probenbereichen, einen besonderen Wert annimmt. So ist es beispielsweise bekannt, bei der Inspektion sogenannter Micro- Arrays oder Biochips bei der die Qualität der Aufbringung eines Musters aus Biomolekülen auf einem Trägersubstrat überprüft werden soll, die polarisationsrelevanten Elemente relativ zueinander so einzustellen, dass der effektiv nutzbare Kontrast zwischen molekülbelegten Bereichen und freien Bereichen des Trägersubstrates maximiert wird. Fehlerhafte Formen von molekülbelegten Bereichen sind dann besonders einfach und insbesondere ohne Durchführung eines aufwendigen, vielschrittigen Verfahrens erkennbar.Angle φ performed and values of interest are derived according to the physical relationships known to the person skilled in the art from the resulting sequence of measurement value units (individual measurement values in the case of non-imaging or individual images in the case of imaging application). In contrast, in so-called zero-ellipsometry, which is used in particular in imaging applications, the polarization-relevant elements are set relative to one another in such a way that certain characteristic values of a result image, for example a contrast between two imaged sample areas, assume a special value. For example, when inspecting so-called micro-arrays or biochips in which the quality of the application of a pattern of biomolecules on a carrier substrate is to be checked, it is known to adjust the polarization-relevant elements relative to one another in such a way that the effectively usable contrast between molecular-occupied areas and free areas of the carrier substrate is maximized. Erroneous forms of molecule-occupied areas are then particularly easy to identify and in particular without carrying out a complex, multi-step process.
Da die Probenanordnung bei allen ellipsometrischen Verfahren unter einem von der Probennormalen abweichenden Winkel beleuchtet und beobachtet wird, stellt sich bei bildgebenden Anwendungen die unvermeidbare Schwierigkeit, dass benachbarte Probenbereiche, die gleichzeitig beleuchtet und gleichzeitig vom Detektor erfasst werden können, unterschiedliche Abstände zu dem Detektor aufweisen. Um eine „scharfe" Abbildung sämtlicher Bereiche auf den Detektor zu ermöglichen, müssten in der Detektionsanordnung Abbildungsoptiken mit extremer Tiefenschärfe verwendet werden. Dies lässt sich nicht in allgemeiner Weise mit den übrigen Forderungen nach Lichtstärke, hoher räumlicher Auflösung und flexibler Wahl des Beobachtungswinkels vereinbaren. Man umgeht diese Schwierigkeit daher üblicherweise dadurch, dass nacheinander mehrere, einander benachbarte Auslesebereiche des Detektors zur Erzeugung von Ergebnis-Teilbildern ausgelesen werden, wobei vor jedem Auslesen eines Teilbildes die Abbildungsoptik nachfokussiert wird, so dass jeweils auf denjenigen Probenbereich „scharf" gestellt wird, der auf den als nächsten auszulesenden Detektor-Auslesebereich abgebildet wird. Dies hat den Nachteil, dass die entsprechende Abbildungsoptik mechanisch aufwendig ausgeführt werden muss. Auch lässt sich dieses Vorgehen schlecht für die Erfassung größerer Probenflächen automatisieren. Aus der WO 96/24034 AI sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur bildgebenden Ellipsometrie bekannt. Dabei ist eine insbesondere oszillierende Bewegung der Probe während der Integrationszeit des bildgebenden Detektors vorgesehen, um eine Mittelung eines Speckle-Musters, das durch Interferenz von an der Probe gestreuten Teilstrahlen des Beleuchtungslichtes miteinander entsteht, zu erreichen. Die bekannte Vorrichtung und das bekannte Verfahren sind nicht geeignet, die oben erläuterten Probleme der automatischen Aufnahme großer Bildbereiche mit gleich bleibend hoher Abbildungsschärfe zu lösen, da nur ein einziger Probenbereich mit verwaschenen Rändern aufgenommen wird. Im Gegenteil kommt es durch die Probenbewegung während der Integrationszeit des Detektors zu einem starken "Verwackeln" des erzeugten Bildes auf und somit zu eine deutlichen Abnahme der Abbildungsschärfe .Since the sample arrangement is illuminated and observed at an angle deviating from the sample normal in all ellipsometric methods, the unavoidable difficulty arises in imaging applications that neighboring sample areas, which can be illuminated simultaneously and can be detected by the detector at the same time, have different distances from the detector. To enable a "sharp" imaging of all areas on the detector, imaging optics with extreme depth of field would have to be used in the detection arrangement. This cannot be generally reconciled with the other requirements for light intensity, high spatial resolution and flexible choice of the observation angle This problem is therefore usually avoided by successively reading out a plurality of adjacent readout areas of the detector in order to generate partial images of results, the imaging optics being refocused before each readout of a partial image, so that the sample area that is focused is “focused” on the detector readout area to be read out next is mapped. This has the disadvantage that the corresponding imaging optics have to be mechanically complex. This procedure is also difficult to automate for the acquisition of larger sample areas. A method and a device for imaging ellipsometry are known from WO 96/24034 A1. In particular, an oscillating movement of the sample is provided during the integration time of the imaging detector in order to achieve an averaging of a speckle pattern, which arises from the interference of partial beams of the illuminating light scattered on the sample with one another. The known device and the known method are not suitable for solving the above-explained problems of automatically recording large image areas with a consistently high image sharpness, since only a single sample area with blurred edges is recorded. On the contrary, the sample movement during the integration time of the detector leads to a strong "blurring" of the generated image and thus to a clear decrease in the image sharpness.
DE 694 15 641 T2 (EP 0 652 415 Bl) offenbart eine scannende Ellipsometrievorrichtung, bei der ein Beleuchtungsstrahl von Strahldeflektoren über die zu untersuchende Probe geführt wird. Nachteilig dabei ist der hohe mechanische Aufwand, der für eine exakte Strahlablenkung zu treiben ist, sowie der hohe optische Aufwand, der zur korrekten Fokussierung des sich über die Probe bewegenden Beleuchtungsstrahls und zum "scharfen" Abbilden des sich ebenfalls bewegenden, reflektierten Strahls auf einen zweidimensionalen Detektor erforderlich ist.DE 694 15 641 T2 (EP 0 652 415 B1) discloses a scanning ellipsometry device in which an illuminating beam from beam deflectors is guided over the sample to be examined. Disadvantages here are the high mechanical outlay, which has to be done for an exact beam deflection, and the high optical outlay, for correct focusing of the illuminating beam moving over the sample and for "sharp" imaging of the likewise moving, reflected beam onto a two-dimensional one Detector is required.
US 6,052,188 offenbart eine nicht-bildgebende, ellipsometrische Spektralanalysevorrichtung, bei der ein zweidimensionaler Detektor zur Aufnahme von polarimetrisch und spektrometrisch aufgelösten Ergebnis-Arrays für einen einzelnen Probenpunkt genutzt wird.US 6,052,188 discloses a non-imaging, ellipsometric spectral analysis device in which a two-dimensional detector for recording polarimetric and spectrometrically resolved result arrays are used for a single sample point.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass eine Automatisierung, insbesondere zur industriellen Anwendung, einfach und kostengünstig möglich wird.It is an object of the present invention to develop a generic method in such a way that automation, in particular for industrial use, is possible simply and inexpensively.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzubilden, dass aus Teilbildern aufgebaute Gesamt-Ergebnisbilder in automatisierter Weise erzeugbar werden, insbesondere, wenn die abzubildende Oberfläche das Bildfeld des Detektors übersteigt.It is a further object of the present invention to further develop a generic device in such a way that overall result images built up from partial images can be generated in an automated manner, in particular if the surface to be imaged exceeds the image field of the detector.
Die erstgenannte Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass die Probenanordnung relativ zu der Detektionsanordnung motorisch bewegt wird, wobei nacheinander unterschiedliche Probenbereiche auf denselben Detektor- Auslesebereich abgebildet werden, der Detektor-Auslesebereich synchron zu der Bewegung der Probe ausgelesen wird, und nacheinander aus dem Detektor-Auslesebereich ausgelesene Ergebnis-Teilbilder zu einem Ergebnisbild zusammengesetzt werden.The first-mentioned object is achieved in connection with the features of the preamble of claim 1 in that the sample arrangement is moved in a motorized manner relative to the detection arrangement, different sample areas being mapped in succession onto the same detector readout area, the detector readout area synchronously with the movement of the sample is read out, and result partial images read out successively from the detector read-out area are combined to form a result image.
Dieses erfindungsgemäße Verfahrensprinzip löst sich vollkommen von der bislang verfolgten Idee des „Scharfstellens" unterschiedlicher Bildbereiche. Statt dessen wird die Probe selbst mit dem Auslesen des Detektors in synchroner Weise verfahren. Dies hat den Vorteil, dass die Abbildungsoptik entsprechend einfach ausgebildet und bzgl. optisch relevanter Randbedingungen optimiert ausgestaltet werden kann.This principle of the method according to the invention is completely detached from the previously pursued idea of "focusing" different image areas. Instead, the sample itself is read out with the detector proceed synchronously. This has the advantage that the imaging optics can be designed in a correspondingly simple manner and can be optimized in terms of optically relevant boundary conditions.
Günstigerweise wird die Probenanordnung linear und senkrecht zur Probennormalen sowie parallel zur Einfallsebene des Beleuchtungslichts bewegt. Die Bewegung kann dabei kontinuierlich oder schrittweise erfolgen. Eine kontinuierliche Bewegung der Probenanordnung bietet sich bei Anwendungen an, in denen der Zeitfaktor kritisch ist. Sie ist jedoch nur realisierbar, wenn die Beleuchtungsverhältnisse eine hinreichend kurze Integrationszeit des Detektors erlauben, so dass trotz der kontinuierlichen Bewegung die Erzeugung ausreichend scharfer Teilbilder möglich ist. Eine schrittweise Bewegung der Probenanordnung ermöglicht hingegen längere Integrationszeiten des Detektors ohne die Gefahr des „Verschmierens" von Teilbildern.The sample arrangement is advantageously moved linearly and perpendicularly to the sample normal and parallel to the plane of incidence of the illuminating light. The movement can take place continuously or step by step. Continuous movement of the sample arrangement lends itself to applications in which the time factor is critical. However, it can only be implemented if the lighting conditions allow a sufficiently short integration time of the detector, so that despite the continuous movement, it is possible to generate sufficiently sharp partial images. A step-by-step movement of the sample arrangement, on the other hand, enables longer integration times of the detector without the risk of “smearing” of partial images.
Besonders bevorzugt werden die Polarisationseigenschaften des Beleuchtungslichtes und die polarisationssensitive Detektionsanordnung zu Beginn des Verfahrens relativ zueinander derart eingestellt, dass ein Ergebnisbild einer Referenzprobenanordnung bzgl. wenigstens eines Bildkennwertes einen Extremwert zeigt. Dieser Bildkennwert ist vorzugsweise ein Kontrast zwischen zwei ausgewählten Probenbereichen. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann insbesondere Anwendung finden bei der sogenannten Null- Ellipsometrie. Hierbei können die Einstellungen beispielsweise so vorgenommen werden, dass zwischen zwei benachbarten Bereichen der Referenzprobe kein oder ein minimaler Kontrast erkennbar ist, so dass das Auftreten eines Kontrastes zwischen äquivalenten Bereichen einer zu messenden Probe einer Abweichung von einem Sollwert charakterisiert. Andererseits kann auch die Einstellung derart erfolgen, dass zwischen zwei Probenbereichen einer Referenzprobe ein maximaler Kontrast entsteht, so dass bei der eigentlichen Messung beispielsweise bestimmte Formen von Probenbereichen besonders gut erkennbar werden. Günstigerweise bildet das Ergebnisbild, welches bevorzugt dem Benutzer über eine Anzeigevorrichtung angezeigt wird, eine Art durchlaufendes Fenster. Das bedeutet, dass ein aus Ergebnis-Teilbildern aufgebautes Ergebnisbild jeweils dem zuvor aufgebauten Ergebnisbild ohne dessen zuerst ausgelesenes Ergebnis- Teilbild und ergänzt um ein neu ausgelesenes Ergebnis- Teilbild, entspricht. Wird die auf diese Weise entstehende Folge von Ergebnisbildern, die auch digital und / oder analog gespeichert werden kann, angezeigt, ergibt sich der Eindruck eines Beobachtungsfensters, durch welches die Probe durchgefahren wird.The polarization properties of the illuminating light and the polarization-sensitive detection arrangement are particularly preferably set relative to one another at the beginning of the method in such a way that a result image of a reference sample arrangement with respect to at least one image characteristic value shows an extreme value. This image characteristic value is preferably a contrast between two selected sample areas. This embodiment of the method according to the invention can be used in particular in so-called zero-ellipsometry. Here, the settings can be made, for example, in such a way that there is no or one between two adjacent areas of the reference sample minimal contrast is recognizable, so that the occurrence of a contrast between equivalent regions of a sample to be measured characterizes a deviation from a desired value. On the other hand, the setting can also be made in such a way that a maximum contrast arises between two sample areas of a reference sample, so that, for example, certain shapes of sample areas become particularly well recognizable during the actual measurement. The result image, which is preferably displayed to the user via a display device, advantageously forms a kind of continuous window. This means that a result image made up of result partial images corresponds in each case to the previously built result image without its first read partial image and supplemented by a newly read result partial image. If the resulting sequence of result images, which can also be stored digitally and / or analogously, is displayed, the result is the impression of an observation window through which the sample is passed.
Die Synchronisation von motorischem Probenvorschub und Auslesen des Detektorauslesebereichs kann auf unterschiedliche Weise gewährleistet werden. Im einfachsten Fall werden bekannte Bewegungsdaten, z.B. Geschwindigkeit, Dauer eines Bewegungsschrittes, Vorschubstrecke während eines Bewegungsschrittes etc. verwendet, um die Detektorauslesung geeignet anzusteuern. Günstiger, wenngleich technischer etwas aufwendiger, kann es sein, aus der tatsächlichen Probenbewegung über geeignete Sensoren Triggersignale für die Ansteuerung der Detektor-Auslesung zu generieren. Problematisch bei beiden Varianten kann sein, dass die Auslese-Steuerung lediglich auf mechanischen Bewegungsparametern beruht. Es kann jedoch sein, dass, beispielsweise durch Unebenheiten des Substrates, unerwünschte optische Abweichung'en hinzukommen. Beispielsweise hätte eine Welle im Substrat eine Veränderung des Reflektionswinkels zur Folge, was sich mangels entsprechender Anpassung des Detektionsstrahlengangs in einer Verschiebung des Abbildungsbereichs der Probe auf dem Detektor niederschlagen würde.The synchronization of motorized sample feed and readout of the detector readout area can be guaranteed in different ways. In the simplest case, known movement data, for example speed, duration of a movement step, feed distance during a movement step, etc., are used in order to suitably control the detector reading. It can be cheaper, albeit technically more complex, to generate trigger signals from the actual sample movement by means of suitable sensors for triggering the detector reading. The problem with both variants can be that the Readout control is based only on mechanical movement parameters. However, it may be that, for example, by unevenness of the substrate, undesirable optical deviation 's added. For example, a wave in the substrate would result in a change in the reflection angle, which would result in a shift in the imaging area of the sample on the detector due to the lack of corresponding adaptation of the detection beam path.
Bei einer besonders günstigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist daher vorgesehen, dass in einem Referenzbild anhand von Bildinformationsparametern eine Interessenregion (ROI: region of interest) definiert und deren Position und / oder Form in einem ersten Teilbild bestimmt wird, in einem zweiten Teilbild nach einer Verschiebung der Probe die Position und / oder Form der ROI anhand der gleichen Bildinformationsparameter ermittelt wird, das zweite Teilbild wenigstens ausschnittweise durch Translation, Rotation, Stauchung und / oder Streckung derart korrigiert wird, dass die Position und / oder Form der ROI in dem zweiten Teilbild mit der Position und oder Form der ROI in dem ersten Teilbild übereinstimmt, und positions- und / oder formkorrigierte Teilbilder bzw. Ausschnitte davon zum Aufbau des Ergebnisbildes verwendet werden.In a particularly favorable embodiment of the method according to the invention, it is therefore provided that an interest region (ROI: region of interest) is defined in a reference image on the basis of image information parameters and its position and / or shape is determined in a first partial image, in a second partial image after a shift the position and / or shape of the ROI is determined on the basis of the same image information parameters of the sample, the second partial image is corrected at least in part by translation, rotation, compression and / or stretching in such a way that the position and / or shape of the ROI in the second partial image also the position and or shape of the ROI in the first partial image matches, and position and / or shape-corrected partial images or sections thereof are used to construct the result image.
Diese Maßnahme hat zur Folge, dass die einzelnen Teilbilder oder Ausschnitte davon aus sich selbst, d.h. aus in ihnen enthaltenden Bildinformationen heraus korrigiert werden können, so dass in einem aus ihnen aufgebauten Ergebnisbild die oben erwähnten optischen Fehler kompensiert sind. Die Synchronisation zwischen Auslesung und Probenbewegung kann daher auf einfache Weise anhand bekannter oder gemessener rein mechanischer Parameter erfolgen. Die Bildinformationsparameter die zur Korrektur herangezogen werden, können eine Kontrast-, Intensität-, Färb- und / oder Forminformation einschließen. So können beispielsweise bestimmte Markierungen auf dem Substrat, deren Sollwerte (z.B. Position, Form, Größe etc.) bekannt sind, als Korrekturmarker verwendet werden. Auch Strukturen der Probe selbst, können als Korrekturmarker Verwendung finden. Insbesondere kann auch die Struktur des Beleuchtungslichts, z.B. ein Intensitätsmaximum eines Laserstrahls für die Korrektur herangezogen werden. Als relevante Ausschnitte einzelner Teilbilder kommen insbesondere die ROIs in Frage. Das zur Definition der ROI verwendete Referenzbild kann mit dem ersten Teilbild identisch oder ein separat aufgenommenes Bild sein.The result of this measure is that the individual partial images or sections thereof are corrected from themselves, ie from image information contained in them can, so that the optical errors mentioned above are compensated in a result image constructed from them. The synchronization between reading and sample movement can therefore be carried out in a simple manner on the basis of known or measured purely mechanical parameters. The image information parameters that are used for correction can include contrast, intensity, color and / or shape information. For example, certain markings on the substrate, whose setpoints (eg position, shape, size, etc.) are known, can be used as correction markers. Structures of the sample itself can also be used as correction markers. In particular, the structure of the illuminating light, for example an intensity maximum of a laser beam, can also be used for the correction. ROIs are particularly relevant as relevant sections of individual drawing files. The reference image used to define the ROI can be identical to the first partial image or can be a separately recorded image.
Eine besonders bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt im Bereich der Qualitätssicherung, insbesondere bei der Herstellung von Micro-Arrays oder Biochips. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass mit der Erfassung von Probenbereichen zukünftig zu erfassende Probenbereiche präpariert werden und Ergebnisbilder einer automatisierten oder visuellen Überprüfung unterzogen werden und im Fall von Abweichungen gegenüber vorbestimmten Sollwerten Parameter der Probenpräparation entsprechend variiert werden. Im Fall der Herstellung von Micro-Arrays oder Biochips, die hier rein exemplarisch und in keiner Weise beschränkend angeführt wird, kann dies beispielsweise umgesetzt werden, indem Substrate, die maschinell mit Mustern von Biomolekülen belegt werden, vergleichsweise kurzfristig nach ihrer Präparation einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung zugeführt werden. Die entstehenden Ergebnisbilder können dann durch Inspektion durch einen menschlichen Qualitätskontrolleur oder automatisch durch Anwendung geeigneter Bildbearbeitungsalgorithmen (z.B.A particularly preferred application of the method according to the invention is in the field of quality assurance, in particular in the production of micro-arrays or biochips. It is preferably provided that sample areas to be recorded in the future are prepared with the detection of sample areas and result images are subjected to an automated or visual check and, in the event of deviations from predetermined target values, parameters of the sample preparation are varied accordingly. In the case of the production of micro-arrays or biochips, these are purely exemplary and in no way As a limitation, this can be implemented, for example, by feeding substrates, which are mechanically coated with patterns of biomolecules, comparatively shortly after their preparation to a device suitable for carrying out the method according to the invention. The resulting result images can then be inspected by a human quality controller or automatically by using suitable image processing algorithms (e.g.
Mustererkennungsalgorithmen) mit vorgegebenen Sollwerten (z.B. Form, Kontrast, Intensität etc.) verglichen werden. Abweichungen von den Sollwerten lassen auf Fehler bei der Probenpräparation schließen. Diese können für diejenigen Proben, die gerade präpariert werden, manuell oder automatisch korrigiert werden. Der Erfolg der Korrektur kann dann kurz darauf überprüft werden, wenn dann auf diese Proben das oben erläuterte, erfindungsgemäße Prüfverfahren angewendet wird. Je kürzer der Zeitabstand zwischen Probenpräparation und Überprüfung ist, desto geringer kann der Ausschuss gehalten werden.Pattern recognition algorithms) can be compared with specified target values (e.g. shape, contrast, intensity, etc.). Deviations from the target values indicate errors in sample preparation. These can be corrected manually or automatically for those samples that are being prepared. The success of the correction can be checked shortly thereafter if the test method according to the invention explained above is then applied to these samples. The shorter the time between sample preparation and review, the smaller the amount of rejects that can be kept.
Ist eine Korrektur fehlerhafter Proben aufgrund des spezifischen Produktionsprozesses nicht möglich oder zu aufwendig, besteht aufgrund der beschriebenen ellipsometrischen Analyse die Möglichkeit, einen Korrekturfaktor zu bestimmen, der in der bestimmungsgemäßen Verwendung der Probe berücksichtigt werden kann und dadurch die Ergebnisqualität verbessert. Im Falle der Micro-Arrays könnte dies zum Beispiel die Angabe einesIf a correction of defective samples is not possible or too complex due to the specific production process, the described ellipsometric analysis gives the possibility to determine a correction factor that can be taken into account in the intended use of the sample and thereby improves the quality of the result. In the case of the micro arrays, this could, for example, be the specification of a
Flächenbelegungsfaktors sein, der Beispielsweise bei einer fluorometrischen Analyse als Gewichtungsfaktor eingeht. Ein unvollständig mit Biomolekülen belegtes Element eines Micro- Arrays hätte demnach z.B. einen Gewichtungsfaktor zwischen 0 und 1, während ein im Übermaß belegtes Element einen Gewichtungsfaktor >1 zugeteilt bekäme.Area occupancy factor, which is used, for example, as a weighting factor in a fluorometric analysis. On An element of a microarray that was incompletely occupied with biomolecules would therefore have a weighting factor between 0 and 1, for example, while an element that was occupied in excess would be assigned a weighting factor> 1.
Die zweite oben genannte Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 8 dadurch gelöst, dass die Variationsmittel einen verfahrbaren Probenträger umfassen, mit welchem die Probe derart bewegbar ist, dass unterschiedliche Probenbereiche nacheinander auf denselben Detektor-Auslesebereich abgebildet werden, die Steuermittel derart eingerichtet sind, dass der Detektor-Auslesebereich synchron zu der Bewegung der Probe auslesbar ist, und Bildverarbeitungsmittel vorgesehen und derart eingerichtet sind, dass nacheinander aus dem Detektor- Auslesebereich ausgelesene Ergebnis-Teilbilder zu einem Ergebnisbild zusammensetzbar sind.The second above-mentioned object is achieved in connection with the features of the preamble of claim 8 in that the variation means comprise a movable sample holder with which the sample can be moved in such a way that different sample areas are mapped in succession onto the same detector read-out area, the control means in this way are set up in such a way that the detector read-out area can be read out synchronously with the movement of the sample, and image processing means are provided and set up in such a way that result partial images read out successively from the detector read-out area can be combined to form a result image.
Zur Vermeidung von Wiederholungen wird bezüglich der Wirkungen und Vorteile dieser Maßnahmen auf die Wirkungen und Vorteile der entsprechenden oben erläuterten Verfahrensmaßnahmen verwiesen.To avoid repetition, with regard to the effects and advantages of these measures, reference is made to the effects and advantages of the corresponding procedural measures explained above.
Günstigerweise ist ein Sensor vorgesehen, über welchen die Steuermittel Informationen bezüglich der aktuellen Positionierung der Probe erhalten. Derartige Informationen können zur Generierung von Triggersignalen für die Detektor- Auslesung und damit zur Synchronisation von Probenbewegung und Detektorauslesung verwendet werden. Als Sensoren kommen optische, mechanische, magnetische und / oder elektrische Sensoren in Frage.A sensor is advantageously provided, via which the control means receive information regarding the current positioning of the sample. Such information can be used to generate trigger signals for the detector reading and thus for the synchronization of sample movement and detector reading. Come as sensors optical, mechanical, magnetic and / or electrical sensors in question.
Bevorzugt ist der motorisch bewegbare Probenträger als ein Förderband ausgebildet, welches die Probe senkrecht zur Probennormalen und parallel zur Einfallsebene des Beleuchtungslichts linear bewegen kann und zwar kontinuierlich oder schrittweise. Ein solches Förderband, das als echtes Band, jedoch auch als Gitter, Netz, Kette oder ähnliches ausgebildet sein kann, eignet sich insbesondere zum Einsatz in größeren Vorrichtungen bei denen in einem Bereich Proben präpariert und in einem weiteren Bereich, dem sie mit Hilfe des Förderbandes zugeführt werden, hinsichtlich ihrer Qualität überprüft werden können.The motor-movable sample carrier is preferably designed as a conveyor belt, which can move the sample linearly perpendicular to the sample normal and parallel to the plane of incidence of the illuminating light, continuously or stepwise. Such a conveyor belt, which can be designed as a real belt, but also as a grid, net, chain or the like, is particularly suitable for use in larger devices in which samples are prepared in one area and in another area, which they are conveyed with the aid of the conveyor belt can be supplied, their quality can be checked.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Probenträger als Rotationstisch ausgebildet, der die Probe azimutal zur Probennormalen bewegen kann und zwar ebenfalls kontinuierlich oder schrittweise.In an alternative embodiment, the sample carrier is designed as a rotary table, which can move the sample azimuthally to the sample normal, also continuously or step by step.
Günstigerweise umfasst die Beleuchtungsanordnung Strahlformungsmittel, um die Form des Beleuchtungslichtes auf die Form der interessierenden Probenbereiche abzustimmen. Benachbarte Probenbereiche, aus denen störendes Reflexionslicht auf dem gleichen Detektorbereich abgebildet werden könnte, werden nicht beleuchtet, sodass kein Störlicht entstehen kann. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass auch die Strahlungsbelastung der Probe reduziert bzw. der erzielbare Bildkontrast verbessert werden kann. Probenbereiche, die zu einem Zeitpunkt nicht scharf auf den Detektor abgebildet werden, werden auch nicht beleuchtet, sodass die Beleuchtung des interessierenden Probenbereichs z.B. hinsichtlich des erzielbaren Kontrastes optimiert, d.h. in der Regel maximiert, werden kann, ohne dass andere, evtl. später zu messende Probenbereiche durch die Bestrahlung in Mitleidenschaft gezogen würden.The lighting arrangement advantageously includes beam shaping means in order to match the shape of the illuminating light to the shape of the sample areas of interest. Adjacent sample areas from which disturbing reflection light could be imaged on the same detector area are not illuminated, so that no interference light can arise. Another advantage of this embodiment is that the radiation exposure to the sample can also be reduced and the image contrast that can be achieved can be improved. Sample areas that are not clearly focused on the detector at a time are also not illuminated, so that the illumination of the sample area of interest, for example with regard to the contrast that can be achieved, can be optimized, that is to say maximized, as a rule, without other radiation areas, possibly later to be measured, being affected by the radiation.
Im Fall einer erwünschten streifenförmigen Beleuchtung kann dies eine Zylinderlinse oder eine entsprechende Spiegeloptik sein, durch welche das Beleuchtungslicht auf einen streifenförmigen Probenbereich leitbar ist, der insbesondere senkrecht zur Einfallsebene des Beleuchtungslichtes liegt. Wie dem Fachmann im Bereich der Optik bekannt ist, weist eine Zylinderlinse bzw. eine entsprechende Spiegeloptik anstelle eines Brennpunktes eine Brennlinie auf. Sie ist somit im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeignet, den beleuchteten Probenbereich auf einen schmalen Streifen senkrecht zur Bewegungsrichtung zu reduzieren. Innerhalb dieses Streifens können hohe Intensitäten (und damit hohe Bildkontraste) erreicht werden, ohne dass andere Probenbereiche unnötig durch Bestrahlung belastet werden. Üblicherweise verbietet sich jedoch der Einsatz von Zylinderlinsen oder entsprechenden Spiegeloptiken für bildgebende Verfahren. In Kombination mit der erfindungsgemäßen Probenbewegung und der Synchronisation mit der Detektor-Auslesung können jedoch die Vorteile der präzisen Beleuchtung durch die Zylinderoptik auch im Rahmen eines bildgebenden Verfahrens genutzt werden.In the case of a desired strip-shaped illumination, this can be a cylindrical lens or a corresponding mirror optic, through which the illuminating light can be directed onto a strip-shaped sample area which is in particular perpendicular to the plane of incidence of the illuminating light. As is known to the person skilled in the field of optics, a cylindrical lens or a corresponding mirror optic has a focal line instead of a focal point. In connection with the device according to the invention, it is therefore suitable for reducing the illuminated sample area to a narrow strip perpendicular to the direction of movement. High intensities (and thus high image contrasts) can be achieved within this strip without unnecessarily burdening other sample areas by radiation. However, the use of cylindrical lenses or corresponding mirror optics for imaging processes is usually prohibited. In combination with the sample movement according to the invention and the synchronization with the detector readout, however, the advantages of precise illumination by the cylinder optics can also be used in the context of an imaging method.
Besonders günstig ist es, wenn der Detektor als ein senkrecht zur Bewegungsrichtung der Probe ausgedehnter Zeilendetektor ist, bei dem eine Mehrzahl von benachbarten Detektorelementen als ein streifenförmiger Detektor-Auslesebereich definierbar sind. Da nämlich aufgrund der Zylinderoptik nur ein schmaler Streifen beleuchtet wird, kann auch der entsprechende Detektor-Auslesebereich als schmaler Streifen ausgebildet sein. Die Ausrichtung des Zeilendetektors ist vorzugsweise senkrecht zur Ausfallebene des Detektionslichts bzw. , im Fall einer Umlenkoptik in der Detektionsanordnung, entsprechend angepasst .It is particularly expedient if the detector is a line detector which is extended perpendicularly to the direction of movement of the sample and in which a plurality of adjacent detector elements can be defined as a strip-shaped detector reading area. Since only a narrow strip is illuminated due to the cylinder optics, the corresponding detector readout area can also be designed as a narrow strip. The alignment of the line detector is preferably adapted perpendicularly to the failure level of the detection light or, in the case of deflection optics in the detection arrangement, accordingly.
Es ist allerdings auch möglich, den Detektor als Flächendetektor zu gestalten, von dem ein sich senkrecht zur Bewegungsrichtung der Probe erstreckender, streifenförmiger Bereich einstellbarer Breite oder einstellbarer Länge und Breite als Detektor-Auslesebereich definierbar ist. Für eine derartige Ausgestaltung ergeben sich wesentliche Erleichterungen hinsichtlich der Fokussierung des Systems sowie Vorteile bei der Flexibilität der Auswahl des Auslesebereichs. Zudem erhöht sich bei gleichzeitigem Auswerten mehrerer Zeilen die Empfindlichkeit des Systems durch eine entsprechend mögliche verlängerte Belichtungszeit.However, it is also possible to design the detector as an area detector, of which a strip-shaped region of adjustable width or adjustable length and width extending perpendicular to the direction of movement of the sample can be defined as the detector read-out region. For such a configuration, there are significant simplifications in terms of focusing the system and advantages in the flexibility of the selection of the readout area. In addition, when evaluating several lines at the same time, the sensitivity of the system increases due to a correspondingly possible longer exposure time.
Günstiger Weise ist die Zylinderoptik derart angeordnet, dass das Beleuchtungslicht in der Probenebene eine Strahltaille aufweist. Dies ist insbesondere günstig, wenn als Quelle des Beleuchtungslichts ein Laserstrahl mit Gauß'schem Strahlprofil verwendet wir, da dann in der Probenebene eine im Wesentlichen ebene Wellenfront realisiert wird.The cylinder optics are advantageously arranged such that the illuminating light has a beam waist in the sample plane. This is particularly advantageous if a laser beam with a Gaussian beam profile is used as the source of the illuminating light, since an essentially flat wavefront is then realized in the sample plane.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Beleuchtungsanordnung eine Lichtquelle sowie vor der Zylinderoptik angeordnete Strahlaufweitungsmittel zur Erzeugung eines aufgeweiteten, parallelen Lichtbündels aufweist. Beispielsweise kann als Lichtquelle ein Laser verwendet werden, dessen enger Strahl zunächst durch eine radialsymmetrische Strahlaufweitungsoptik in beide Dimensionen senkrecht zur Strahlrichtung aufgeweitet und anschließend durch die Zylinderoptik in einer dieser Dimensionen fokussiert wird, während die Aufweitung in der anderen Dimension erhalten bleibt. Es ist jedoch auch möglich, als Strahlaufweitungsmittel eine weitere Zylinderoptik zu verwenden, die den Strahl der Lichtquelle in nur einer Dimension aufweitet. Diese Aufweitung wird durch die fokussierende Zylinderoptik beibehalten, während senkrecht dazu die erfindungsgemäße Strahlverjüngung erfolgt. In diesem Fall hat die fokussierende Zylinderoptik vorzugsweise eine lange Brennweite.It is preferably provided that the lighting arrangement has a light source and beam expansion means arranged in front of the cylinder optics for generating an expanded, parallel light beam. For example, a laser can be used as the light source, the narrow beam of which is initially widened in both dimensions perpendicular to the beam direction by means of radially symmetrical beam expansion optics and then focused by the cylinder optics in one of these dimensions, while the expansion is retained in the other dimension. However, it is also possible to use a further cylinder optic as beam expansion means, which expands the beam of the light source in only one dimension. This widening is maintained by the focusing cylinder optics, while the beam tapering according to the invention takes place perpendicular to it. In this case, the focusing cylinder optics preferably have a long focal length.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Beleuchtungsanordnung polarisationsbeeinflussende Lichtleitmittel, z.B. einen Polarisator und einen Kompensator, wie etwa ein Lambda-Viertel-Plättchen, auf, die zwischen den Strahlaufweitungsmitteln und der Zylinderoptik angeordnet sind. Auf diese Weise können die Polarisationseigenschaften des Beleuchtungslichts besonders präzise eingestellt werden, da nachträgliche Störungen der Polarisationseigenschaften durch die Strahlaufweitungsoptik ausgeschlossen sind. Andererseits müssen die polarisationsbeeinflussenden Elemente bei dieser Ausführungsform einen ausreichend großen Durchmesser aufweisen, um den aufgeweiteten Strahl passieren lassen zu können. Polarisatorkristalle großen Durchmessers sind jedoch relativ teuer. Bei einer alternativen Ausführungsform ist daher vorgesehen, dass die Beleuchtungsanordnung polarisationsbeeinflussende Lichtleitmittel aufweist, die zwischen der Lichtquelle und den Strahlaufweitungsmitteln angeordnet sind. Diese müssen nur einen kleinen Durchmesser aufweisen und sind daher vergleichsweise billig. Die nachfolgendeIn an advantageous embodiment of the invention, the lighting arrangement has polarization-influencing light guide means, for example a polarizer and a compensator, such as a quarter-wave plate, which are arranged between the beam expansion means and the cylinder optics. In this way, the polarization properties of the illuminating light can be set particularly precisely, since subsequent disturbances in the polarization properties by the beam expansion optics are excluded. On the other hand, the polarization-influencing elements in this embodiment must have a sufficiently large diameter to allow the expanded beam to pass. However, large diameter polarizer crystals are relatively expensive. In an alternative embodiment, it is therefore provided that the lighting arrangement has polarization-influencing light guide means which are arranged between the light source and the beam expansion means. These only have to have a small diameter and are therefore comparatively cheap. The following
Strahlaufweitungsoptik sollte dann jedoch sehr sorgfältig ausgewählt werden, um die oben erwähnten Störungen der Polarisationseigenschaften zu minimieren.However, beam expansion optics should then be selected very carefully in order to minimize the above-mentioned disturbances in the polarization properties.
Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung sowie den Zeichnungen, in denenFurther features and advantages of the device according to the invention and of the method according to the invention result from the following special description and the drawings, in which
Figur 1 eine schematische Skizze des Aufbaus eines abbildenden Eilipsometers nach dem Stand der Technik zeigt,FIG. 1 shows a schematic sketch of the structure of an imaging egg lipometer according to the prior art,
Figur 2 eine schematische Skizze des Detektionsstrahlengangs eines Eilipsometers nach dem Stand der Technik zeigt,FIG. 2 shows a schematic sketch of the detection beam path of an egg lipometer according to the prior art,
Figur 3 eine schematische Skizze des Detektionsstrahlengangs eines erfindungsgemäßen Eilipsometers zeigt,FIG. 3 shows a schematic sketch of the detection beam path of an egg lipometer according to the invention,
Figur 4 schematisch den erfindungsgemäßen Aufbau eines Ergebnisbildes aus Teilergebnisbildern zeigt und Figur 5 den schematischen Aufbau einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ellipsometers zeigt.FIG. 4 schematically shows the construction of a result image from partial result images according to the invention and Figure 5 shows the schematic structure of a particularly preferred embodiment of an ellipsometer according to the invention.
Figur 6 eine schematische Darstellung der Strahlengänge einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ellipsometers mit Zylinderlinse zeigt,FIG. 6 shows a schematic illustration of the beam paths of an embodiment of an ellipsometer according to the invention with a cylindrical lens,
Figur 7 eine schematische Drauf- und Seitenansicht des Beleuchtungsstrahlengangs des Ellipsometers von Figur 6 zeigt,FIG. 7 shows a schematic top and side view of the illumination beam path of the ellipsometer from FIG. 6,
Figur 8 eine schematische Darstellung der Überlagerung von erwünschten und Störreflexionen benachbarter Strahlen zeigt,FIG. 8 shows a schematic representation of the superposition of desired and interference reflections from adjacent beams,
Figur 9 eine schematische Darstellung einer Strahlüberlagerung bei Einfall eines parallelen Strahlenbündels zeigt undFIG. 9 shows a schematic illustration of a beam superimposition when a parallel beam is incident and
Figur 10 eine schematische Darstellung einer Strahlüberlagerung bei Einfall eines Strahlenbündels mit Strahltaille in der Probenebene zeigt.FIG. 10 shows a schematic illustration of a beam superimposition when a beam of rays is incident with a beam waist in the sample plane.
Der grundsätzliche Aufbau eines Ellipsometers wurde anhand von Figur 1 bereits im allgemeinen Teil dieser Beschreibung erläutert. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf eine erneute Beschreibung von Figur 1 verzichtet. Figur 2 stellt schematisch den Aufbau desThe basic structure of an ellipsometer has already been explained with reference to FIG. 1 in the general part of this description. In order to avoid repetitions, a new description of FIG. 1 is omitted. Figure 2 shows schematically the structure of the
Detektionsstrahlengangs eines Ellipsometers nach dem Stand der Technik dar. Man beachte, dass zur Vereinfachung der Figur auf eine Darstellung der polarisationsrelevanten Optikelemente, wie beispielsweise eines Analysators, verzichtet wurde. Dargestellt ist eine Probe 10, von welcher reflektiertes Licht mittels einer Optik 11 auf einen bildgebenden Flächendetektor 12 abgebildet wird. Aufgrund desDetection beam path of an ellipsometer according to the prior art. Note that to simplify the figure, the polarization-relevant optical elements, such as an analyzer, have been omitted. A sample 10 is shown, from which reflected light is imaged onto an imaging surface detector 12 by means of optics 11. Because of the
Winkels φ, unter dem die optische Achse des Detektionsstrahlengangs relativ zur Probennormalen geneigt ist, haben verschiedene Bereiche der Probe 10 unterschiedliche Abstände zu dem Detektor 12. Es ist daher nicht möglich, die Abbildungsoptik 11 unter Beibehaltung wesentlicher optischer Eigenschaften, wie beispielsweise der Lichtstärke so einzustellen, dass sämtliche Bereiche der Probe 10 „scharf" auf den Detektor 12 abgebildet werden. Die aus der Fotografie bekannte Scheinflug' sehe Anordnung eignet sich nur für geringe Vergrößerungen, da für die häufig benötigte hohe Auflösung und Vergrößerung eine extreme Kippung des Detektors und damit Verzerrung des Bildes auftritt. Üblicherweise behilft man sich damit, dass die Abbildungsoptik 11 zunächst so eingestellt wird, dass ein erster Probenbereich 10a auf dem ihm zugeordneten Bereich 12a des Detektors 12 scharf gestellt wird. Die übrigen Probenbereiche werden bei dieser Einstellung „unscharf" auf die übrigen Detektorbereiche abgebildet. Mit diesen Einstellungen wird ein erstes Bild aus dem Detektor ausgelesen. Anschließend erfolgt eine Neueinstellung der Optik 11 (gestrichelt dargestellt als Abbildungsoptik 11', so dass ein zweiter Probenbereich 10b auf einen zweiten Detektorbereich 12b scharf abgebildet wird. Alsdann wird erneut ein Bild aus dem Detektor ausgelesen. Dies erfolgt so häufig, wie erforderlich, um sämtliche Probenbereiche wenigstens einmal scharf auf einen korrespondierenden Detektorbereich abzubilden. Anschließend müssen aus der aufgenommenen Folge von Einzelbildern die jeweils „scharfen" Teilbereiche ausgeschnitten und zu einem Ergebnisbild zusammengesetzt werden.Angle φ, at which the optical axis of the detection beam path is inclined relative to the sample normal, different areas of the sample 10 have different distances from the detector 12. It is therefore not possible to adjust the imaging optics 11 while maintaining essential optical properties, such as the light intensity that all areas of the sample 10 are “sharply” imaged on the detector 12. The apparent flight arrangement known from photography is only suitable for small magnifications, since for the frequently required high resolution and magnification, an extreme tilt of the detector and thus distortion Usually, this is done by first adjusting the imaging optics 11 such that a first sample area 10a is focused on the area 12a of the detector 12 assigned to it. With this setting, the remaining sample areas become "unsharp" on the others detector areas shown. With these settings, a first image is read out of the detector. The optics 11 are then readjusted (shown in broken lines as imaging optics 11 ′), so that a second sample area 10b is sharply imaged on a second detector area 12b read an image from the detector again. This is done as often as necessary to sharply image all sample areas at least once on a corresponding detector area. Subsequently, the "sharp" sub-areas have to be cut out of the recorded sequence of individual images and put together to form a result image.
Wie in Figur 3 unter Beibehaltung der Bezugszeichen schematisch dargestellt, ist erfindungsgemäß vorgesehen, nach einer anfänglichen Einstellung der Abbildungsoptik 11 derart, dass ein Probenbereich 10a, der Probe 10 „scharf" auf den korrespondierenden Detektorbereich 12a abgebildet wird, keine weiteren Einstellungen an der Abbildungsoptik 11 vorgenommen werden. Diese kann entsprechend einfach bzw. hinsichtlich anderer optischer Parameter als der Einstellbarkeit oder Tiefenschärfe optimiert sein. Nach einmaligem Auslesen des Detektors wird erfindungsgemäß die Probe 10 beispielsweise in Richtung des Bewegungspfeils 13 verschoben, so dass ein dem Probenbereich 10a benachbarter Probenbereich „scharf" auf denselben Detektorbereich 12a abgebildet wird. Wird der Detektorbereich 12a, auf den die „scharfe Abbildung erfolgt, anfänglich geeignet definiert, kann ein Ausschneiden der „scharfen" Teilbereiche der sich ergebenden Einzelbilder und ihr Zusammensetzen zu einem größerflächigen Ergebnisbild automatisiert vorgenommen werden. Noch günstiger ist es, lediglich den als „scharfen" Abbildungsbereich erkannten Detektorbereich allein auszulesen und auf ein Auslesen der übrigen Detektorbereiche zu verzichten. Hierdurch kann die Datenaufnahme beschleunigt und die zu speichernde Datenmenge reduziert werden. 005/088271As shown schematically in FIG. 3 while retaining the reference numerals, according to the invention, after an initial adjustment of the imaging optics 11 in such a way that a sample area 10a, the sample 10 is “sharply” imaged on the corresponding detector area 12a, no further settings on the imaging optics 11 are provided This can be correspondingly simple or optimized with regard to optical parameters other than the adjustability or depth of field. After the detector has been read out once, the sample 10 is moved according to the invention, for example in the direction of the movement arrow 13, so that a sample area adjacent to the sample area 10a is “sharp”. is imaged on the same detector area 12a. If the detector area 12a onto which the “sharp imaging is carried out” is initially suitably defined, the “sharp” sub-areas of the resulting individual images can be cut out and put together to form a larger-area result image. It is even cheaper to use only the “sharp” image "To read out the imaging area of the detected detector area alone and to dispense with reading out the other detector areas. This can accelerate data acquisition and reduce the amount of data to be saved. 005/088271
Figur 4 stellt schematisch das Zusammensetzen eines Ergebnisbildes 14 aus einer Mehrzahl von Teilbildern 15a bis 15f dar. Die Teilbilder 15a bis 15f entsprechen jeweils den aus den „scharfen" Detektorbereich 12a ausgelesenen Daten. Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst jedes Teilbild lediglich eine einzelne Zeile von Pixeln. Selbstverständlich sind auch andere Definitionen bzw. Teilbilddimensionen möglich.4 schematically shows the composition of a result image 14 from a plurality of partial images 15a to 15f. The partial images 15a to 15f each correspond to the data read out from the “sharp” detector area 12a. In the exemplary embodiment shown, each partial image comprises only a single line of pixels. Of course, other definitions or drawing file dimensions are also possible.
Insbesondere beim Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Qualitätssicherungsvorrichtung mit visueller Überwachung wird das Ergebnisbild 14 unmittelbar nach seinem Aufbau z.B. an einem Monitor dargestellt. Wie in Figur 4 ebenfalls angedeutet, kann der Ergebnisbildaufbau „durchlaufend" erfolgen. So kann jedes dargestellte Ergebnisbild 14 jeweils die gleichen Dimensionen haben, d. h. aus derselben Anzahl Teilbilder aufgebaut sein. Die zum Ergebnisbild 14 beitragenden Teilbilder können, wie in Figur 4 dargestellt, jeweils denjenigen Teilbildern entsprechen, die zum Aufbau der vorangehenden Ergebnisbildes beigetragen haben, jedoch ohne das älteste Teilbild 15x und ergänzt um ein jüngst aufgenommenes Teilbild .15y. Auf diese Weise entsteht für den Betrachter der Eindruck eines durchlaufenden Ergebnisbildes 14.In particular when the device according to the invention is used in a quality assurance device with visual monitoring, the result image 14, e.g. displayed on a monitor. As also indicated in FIG. 4, the result image structure can be carried out “continuously”. Thus, each result image 14 shown can each have the same dimensions, ie be constructed from the same number of partial images. The partial images contributing to the result image 14 can, as shown in FIG. 4, each correspond to those partial images which contributed to the construction of the previous result image, but without the oldest partial image 15x and supplemented by a recently recorded partial image .15y.This gives the viewer the impression of a continuous result image 14.
Figur 5 zeigt eine besonders günstige Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ellipsometers. Als Probe 10 ist schematisch ein sogenanntes Micro-Array bzw. ein Biochip angedeutet. Der Detektionsstrahlengang entspricht im Wesentlichen dem in Figur 3 angedeuteten Strahlengang, wobei auch hier zur Vereinfachung der Zeichnung, auf die Darstellung der polarisationsrelevanten Optikelemente verzichtet wurde. Als Besonderheit der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform ist der Detektor 12 als ein Zeilendetektor ausgebildet. Von dem Beleuchtungsstrahlengang des Ellipsometers ist lediglich eine Beleuchtungsoptik 16 dargestellt. Auch im Beleuchtungsstrahlengang wurde auf die Darstellung der polarisationsrelevanten Elemente, wie etwa Polarisator und Kompensator sowie auf die Darstellung der Lichtquelle verzichtet. Als Besonderheit der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform ist die Beleuchtungsoptik 16 als eine Zylinderlinse dargestellt. In diese Zylinderlinse wird vorzugsweise ein aufgeweiteter paralleler Laserstrahl mit Gauß'schem Strahlprofil eingekoppelt. Da die Zylinderlinse statt eines Brennpunktes eine Brennlinie aufweist, führt diese Anordnung zu einer streifenförmigen Beleuchtung der Probe 10. Der beleuchtete Probenbereich ist als Probenbereich 10a dargestellt. Günstigerweise ist die Zylinderlinse 16 so ausgewählt und angeordnet, dass, wie in Figur 5 angedeutet, der Beleuchtungsstrahl in der Probenebene eine Strahltaille aufweist. Dies führt in der Probenebene zu ebenen Wellenfronten und damit zu einer gleichmäßigen Verteilung der Polarisationseigenschaften des Beleuchtungslichtes. Erfindungsgemäß wird die Probe, wie durch den Bewegungspfeil 13 angedeutet, motorisch bewegt, so dass nacheinander sämtliche Probenbereiche beleuchtet und auf den Detektor 12 abgebildet werden. Wie in Figur 5 dargestellt, wird die Probe 10 günstigerweise senkrecht zu der Längsausdehnung des streifenförmigen Beleuchtungsbereichs bewegt. Figur 6 stellt die besonders günstige Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ellipsometers mit Zylinderlinse von Fig. 5 detaillierter dar. Der Detektionsstrahlengang, d.h. die Elemente zwischen der Lichtquelle 21 und der Probenanordnung 45 sind in Figur 7 nochmals abgebildet, wobei Figur 7a eine Draufsicht auf den Strahlengang zeigt und Figur 7b eine Seitenansicht wie in Figur 6. Die Lichtquelle 21, die vorzugsweise als Laser ausgebildet ist, emittiert einen Beleuchtungsstrahl 40, der vorzugsweise ein Gauß'sches Strahlprofil aufweist. Mittels einer Strahlaufweitungsoptik, die in den gezeigten Ausführungsbeispiel aus zwei Zylinderlinsen 23, 24 aufgebaut ist, wird der Strahl 40 senkrecht zu seiner Einfallsebene auf das Substrat 50 (Papierebene in Fig. 6) aufgeweitet (siehe Fig. 7a). Mittels eines Analysators 25 und eines Kompensators 26 sind die Polarisationseigenschaften des Beleuchtungsstrahls 40 einstellbar. Eine weitere Zylinderlinse 27, welche senkrecht zu den Aufweitungslinsen 23, 24 ausgerichtet ist, fokussiert den Beleuchtungsstrahle 40 auf die Probe, vorzugsweise so, dass er in der Probenebene eine Strahltaille bildet. Dies führt zu einer streifenförmigen Beleuchtung der Probe, wie in dem rechteckigen Feld in Figur 6 angedeutet, welches eine schematische Draufsicht auf die Probenanordnung 50 darstellt. Das reflektierte Licht 40' wird mittels einer Abbildungsoptik 28, die eine übliche Radialsymmetrie aufweisen kann, auf einen bildgebenden Detektor 30 abgebildet. Zur Durchführung ellipsometrischer Messungen ist außerdem im Detektionsstrahlengang ein Analysator 29 angeordnet. Der Bewegungspfeil 60 deutet die erfindungsgemäße, mit dem Auslesen des Detektors synchronisierte Probenbewegung an. Figur 8 stellt die Problematik der Überlagerung benachbarter Strahlen, bei großflächiger Beleuchtung ergibt, schematisch dar. Diese Problematik kann durch die oben beschriebene Beleuchtung mittels Zylinderlinse umgangen werden. Die Probenanordnung, von der in Figur 8 lediglich ein transparentes Trägersubstrat 50 dargestellt ist, wird mit einem Beleuchtungs-Strahlenbündel 40 beleuchtet, welches gemäß üblicher Technik einen großen Probenbereich parallel beleuchtet. In Figur 8 sind von dem Beleuchtungsbündel 40 benachbarte parallele Teilstrahlen 41, 42, 43, 44, 45 dargestellt. Ein Teil jedes Strahls 41-45 wird an einer oberen Oberfläche 51 des Substrates 50 (bzw. an der eigentlichen Probe, sofern diese, z.B. als dünne Biomolekülschicht, auf der Oberfläche 51 aufgebracht ist) direkt als Reflektionsstrahl 41 '-45' in Richtung auf den Detektor reflektiert. Ein anderer Teil jedes Strahls 41-45 durchdringt die obere Oberfläche 51 des Substrates 50 und wird an der unteren Oberfläche 52 des Substrates 50 (bzw. an der eigentlichen Probe, sofern diese auf der Oberfläche 52 aufgebracht ist) reflektiert (41' '-45''). Nach erneutem Durchtritt durch die obere Oberfläche 51 des Substrates 50 läuft dieses Licht als indirekt reflektierte Strahlen 41'''- 45''' ebenfalls auf den Detektor zu. Dabei überlagern sich die indirekt reflektierten Strahlen 41' ''-45''' mit den jeweils benachbarten direkt reflektierten Strahlen 41'-45'. Auf dem Detektor fallen die einander überlagernden Stahlen auf dieselben Detektorelemente, so dass sie ununterscheidbar zu dem resultierenden Signal beitragen. Je nachdem, auf welcher der Oberflächen 51, 52 des Substrates 50 die zu vermessende Probenschicht aufgebracht ist, müssen die direkt reflektierten Anteile 41 '-45' oder die indirekt reflektierten Anteile 41' ''-45''' als erwünschtes Signal bzw. als Störanteil betrachtet werden.FIG. 5 shows a particularly favorable embodiment of an ellipsometer according to the invention. A so-called micro-array or a biochip is schematically indicated as sample 10. The detection beam path essentially corresponds to the beam path indicated in FIG. 3, with here too Simplification of the drawing, the representation of the polarization-relevant optical elements has been omitted. As a special feature of the embodiment shown in FIG. 5, the detector 12 is designed as a line detector. Only one illumination optics 16 of the illumination beam path of the ellipsometer is shown. The polarization-relevant elements, such as the polarizer and compensator, and the light source were not shown in the illumination beam path either. As a special feature of the embodiment shown in FIG. 5, the illumination optics 16 is shown as a cylindrical lens. A widened parallel laser beam with a Gaussian beam profile is preferably coupled into this cylindrical lens. Since the cylindrical lens has a focal line instead of a focal point, this arrangement leads to a strip-shaped illumination of the sample 10. The illuminated sample area is shown as the sample area 10a. The cylindrical lens 16 is advantageously selected and arranged such that, as indicated in FIG. 5, the illuminating beam has a beam waist in the sample plane. This leads to flat wavefronts in the sample plane and thus to a uniform distribution of the polarization properties of the illuminating light. According to the invention, the sample is moved by a motor, as indicated by the movement arrow 13, so that all sample areas are illuminated one after the other and imaged on the detector 12. As shown in FIG. 5, the sample 10 is advantageously moved perpendicular to the longitudinal extent of the strip-shaped illumination area. FIG. 6 shows the particularly favorable embodiment of an ellipsometer according to the invention with a cylindrical lens from FIG. 5 in more detail. The detection beam path, ie the elements between the light source 21 and the sample arrangement 45 are shown again in FIG. 7, FIG. 7 a showing a plan view of the beam path and FIG. 7b shows a side view as in FIG. 6. The light source 21, which is preferably designed as a laser, emits an illumination beam 40, which preferably has a Gaussian beam profile. The beam 40 is expanded perpendicular to its plane of incidence onto the substrate 50 (paper plane in FIG. 6) by means of a beam expansion optic, which in the exemplary embodiment shown is made up of two cylindrical lenses 23, 24 (see FIG. 7a). The polarization properties of the illumination beam 40 can be adjusted by means of an analyzer 25 and a compensator 26. Another cylindrical lens 27, which is aligned perpendicular to the expansion lenses 23, 24, focuses the illumination beam 40 on the sample, preferably in such a way that it forms a beam waist in the sample plane. This leads to a strip-shaped illumination of the sample, as indicated in the rectangular field in FIG. 6, which represents a schematic top view of the sample arrangement 50. The reflected light 40 ′ is imaged on an imaging detector 30 by means of imaging optics 28, which can have a usual radial symmetry. To carry out ellipsometric measurements, an analyzer 29 is also arranged in the detection beam path. The movement arrow 60 indicates the sample movement according to the invention which is synchronized with the reading out of the detector. FIG. 8 schematically shows the problem of superimposing adjacent beams, which results from large-area lighting. This problem can be avoided by the lighting described above using a cylindrical lens. The sample arrangement, of which only a transparent carrier substrate 50 is shown in FIG. 8, is illuminated with an illuminating beam 40 which, according to conventional technology, illuminates a large sample area in parallel. FIG. 8 shows parallel partial beams 41, 42, 43, 44, 45 adjacent to the illumination beam 40. A portion of each beam 41-45 is applied directly to an upper surface 51 of the substrate 50 (or to the actual sample, provided that this is applied to the surface 51, for example as a thin biomolecule layer) as a reflection beam 41'-45 ' reflects the detector. Another part of each beam 41-45 penetrates the upper surface 51 of the substrate 50 and is reflected on the lower surface 52 of the substrate 50 (or on the actual sample if this is applied to the surface 52) (41 '' -45 ''). After passing through the upper surface 51 of the substrate 50 again, this light also approaches the detector as indirectly reflected rays 41 '''-45'''. The indirectly reflected rays 41 '''-45''' overlap with the respectively directly reflected rays 41'-45 '. On the detector, the overlapping steels fall on the same detector elements, so that they contribute indiscriminately to the resulting signal. Depending on which of the surfaces 51, 52 of the substrate 50 the sample layer to be measured is applied, the directly reflected portions 41'-45 'or the indirectly reflected portions Shares 41 '''-45''' can be regarded as a desired signal or as a disturbance component.
Figur 9 zeigt den Fall, dass das transparente Trägersubstrat 50 so dünn ausgebildet ist, dass sich trotz erfindungsgemäßer Beleuchtung über eine Zylinderoptik ein Überlappungsbereich 46 ergibt, in dem direkt und indirekt reflektiertes Licht auf dieselben Detektorelemente fällt, obgleich in anderen Bereichen eine klare Trennung möglich ist. Der Überlappungsbereich 46 ist in Figur 9 schraffiert dargestellt. Figur 9 geht von dem Fall aus, dass die Beleuchtung der Probe mit einem im Wesentlichen parallelen Lichtbündel erfolgt.FIG. 9 shows the case in which the transparent carrier substrate 50 is so thin that, despite the lighting according to the invention, an overlap region 46 results in a cylinder optic in which directly and indirectly reflected light falls on the same detector elements, although a clear separation is possible in other regions , The overlap area 46 is shown hatched in FIG. FIG. 9 is based on the case that the sample is illuminated with an essentially parallel light beam.
Figur 10 zeigt den Fall der besonders vorteilhaften Beleuchtung der Probe mit einem Lichtstrahl mit ausgeprägter Strahltaille in der Probenebene. Eine derartige Beleuchtung lässt sich beispielsweise mit der Anordnung von Figur 6 realisieren. Durch die Aufweitung eines Strahles, insbesondere mit Gauß' sehen Strahlprofil, und anschließender Fokussierung in die Probenebene mittels einer Zylinderlinse kann eine effektive Strahlverjüngung in einer Dimension in der Probenebene erzielt werden. Dies hat den Effekt, dass in der Probenebene keine Überlappung von direkt und indirekt reflektierten licht erfolgt. Der schraffiert dargestellte Überlappungsbereich 37 ist hingegen unschädlich, da die hier einander überlappenden Strahlen unterschiedliche Richtungen aufweisen, so dass sie von der Abbildungsoptik aufgetrennt und auf unterschiedliche Bereiche des Detektors geleitet werden können. Natürlich sind die in den Figuren dargestellten und in dem speziellen Teil der Beschreibung erläuterten Ausführungsformen der Erfindung lediglich illustrative Beispiele. Insbesondere hinsichtlich der konkreten Abfolge von Mess- und Auswertungsschritten sowie der konkreten Auslegung der einzelnen Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat der Fachmann ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten zur Verfügung. FIG. 10 shows the case of particularly advantageous illumination of the sample with a light beam with a pronounced beam waist in the sample plane. Such lighting can be implemented, for example, with the arrangement in FIG. 6. By widening a beam, in particular with a Gaussian beam profile, and then focusing it in the sample plane by means of a cylindrical lens, effective beam tapering can be achieved in one dimension in the sample plane. This has the effect that there is no overlap of directly and indirectly reflected light in the sample plane. The hatched overlap region 37, on the other hand, is harmless, since the beams overlapping one another have different directions, so that they can be separated by the imaging optics and directed to different areas of the detector. Of course, the embodiments of the invention shown in the figures and explained in the special part of the description are only illustrative examples. In particular with regard to the specific sequence of measurement and evaluation steps and the specific design of the individual components of the device according to the invention, the person skilled in the art has a wide range of possible variations.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur bildgebenden, ellipsometrischen Erfassung einer hauptsächlich flächig ausgedehnten Probenanordnung ( 10) , bei dem die Probenanordnung wenigstens bereichsweise mittels einer Beleuchtungsanordnung mit Beleuchtungslicht einstellbarer Polarisationseigenschaften unter einem zur Probennormalen geneigten Beleuchtungswinkel (φ) beleuchtet wird, von beleuchteten Bereichen der Probe (10) reflektiertes Detektionslicht in einer unter einem geeigneten, zur Probennormalen geneigten Beleuchtungswinkel (φ) angeordneten, polarisationssensitiven Detektionsanordnung auf einen gesteuert auslesbaren Detektor (12) mit einer Mehrzahl geordneter, photosensitiver Detektorelemente abgebildet wird, Parameter des Abbildens von Probenbereichen auf den Detektor (12) variiert werden und wenigstens ein Auslesebereich (12a; 12b) des Detektors (12) in synchroner Weise zu der Variation der Abbildungsparameter zur Erzeugung von Probenbereiche repräsentierenden Bildern ausgelesen wird dadurch gekennzeichnet, dass die Probenanordnung (10) relativ zu der Detektionsanordnung motorisch bewegt wird, wobei nacheinander unterschiedliche Probenbereiche (10a; 10b) auf denselben Detektor-Auslesebereich (12a) abgebildet werden, der Detektor-Auslesebereich (12a) synchron zu der Bewegung der Probe (10) ausgelesen wird, und nacheinander aus dem Detektor-Auslesebereich (12a) ausgelesene Ergebnis-Teilbilder (15a-15f, 15x, 15y) zu einem Ergebnisbild (14) zusammengesetzt werden.1. A method for imaging, ellipsometric detection of a sample arrangement (10) which is mainly extended over a large area, in which the sample arrangement is illuminated at least in regions by means of an illumination arrangement with polarization properties which can be adjusted with illuminating light and under an illumination angle (φ) inclined to the sample normal, from illuminated areas of the sample (10). reflected detection light in a polarization-sensitive detection arrangement arranged at a suitable illumination angle (φ) inclined to the sample normal is imaged on a controlled readable detector (12) with a plurality of ordered, photosensitive detector elements, parameters of imaging sample areas on the detector (12) are varied and at least one read-out area (12a; 12b) of the detector (12) is read out in a manner synchronous with the variation of the imaging parameters for generating sample areas characterized in that the sample arrangement (10) is moved in a motorized manner relative to the detection arrangement, different sample areas (10a; 10b) are mapped onto the same detector readout area (12a), the detector readout area (12a) is read out synchronously with the movement of the sample (10), and result partial images (15a-15f.) Read out successively from the detector readout area (12a) , 15x, 15y) to form a result image (14).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe (10) senkrecht zur Probennormalen und parallel zur Einfallsebene des Beleuchtungslichts linear bewegt wird und zwar kontinuierlich oder schrittweise.2. The method according to claim 1, characterized in that the sample (10) is moved linearly perpendicular to the sample normal and parallel to the plane of incidence of the illuminating light, continuously or stepwise.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationseigenschaften des Beleuchtungslichts und polarisationssensitive Elemente (A) der Detektionsanordnung zu Beginn eines Verfahrensabschnitts relativ zueinander derart eingestellt werden, dass ein Ergebnisbild einer Referenz-Probenanordnung bzgl. wenigstens eines Bildkennwertes einen Extremwert zeigt.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the polarization properties of the illuminating light and polarization-sensitive elements (A) of the detection arrangement are set relative to one another at the beginning of a method section such that a result image of a reference sample arrangement with respect to at least one image characteristic value shows an extreme value ,
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der relevante Bildkennwert ein Kontrast zwischen zwei ausgewählten Probenbereichen ist.4. The method according to claim 3, characterized in that the relevant image characteristic is a contrast between two selected sample areas.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus Ergebnis-Teilbildern aufgebautes Ergebnisbild jeweils dem zuvor aufgebauten Ergebnisbild ohne dessen zuerst ausgelesenes Ergebnis-Teilbild und ergänzt um ein neu ausgelesenes Ergebnis-Teilbild entspricht.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a result image made up of result partial images in each case corresponds to the previously created result image without its first read partial image and supplemented by a newly read result partial image.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Referenzbild anhand von Bildinformationsparametern eine Interessenregion (ROI: region of interest) definiert und deren Position und / oder Form in einem ersten Teilbild bestimmt wird, in einem zweiten Teilbild die Position und / oder Form der ROI anhand der gleichen Bildinformationsparameter ermittelt wird, das zweite Teilbild wenigstens ausschnittweise durch Translation, Rotation, Stauchung und / oder Streckung derart korrigiert wird, dass die Position und / oder Form der ROI in dem zweiten Teilbild mit der Position und / oder Form der ROI in dem ersten Teilbild übereinstimmt, und positions- und / oder formkorrigierte Teilbilder bzw. Ausschnitte davon zum Aufbau des Ergebnisbildes verwendet werden.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an interest region (ROI: region of interest) is defined in a reference image on the basis of image information parameters and its position and / or shape is determined in a first partial image, the position and in a second partial image / or shape of the ROI is determined on the basis of the same image information parameters, the second partial image is corrected at least in part by translation, rotation, compression and / or stretching such that the position and / or shape of the ROI in the second partial image with the position and / or The shape of the ROI in the first partial image matches, and position and / or shape-corrected partial images or sections thereof are used to build up the result image.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Erfassung von Probenbereichen zukünftig zu erfassende Probenbereiche präpariert werden und Ergebnisbilder einer automatisierten oder visuellen Überprüfung unterzogen werden und im Fall von Abweichungen gegenüber vorbestimmten Sollwerten Parameter der Probenpräparation entsprechend variiert werden.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that sample areas to be recorded in the future are prepared with the detection of sample areas and result images are subjected to an automated or visual check and in the event of deviations compared to predetermined target values, parameters of the sample preparation can be varied accordingly.
8. Abbildendes Eilipsometer zur bildgebenden, ellipsometrischen Erfassung einer hauptsächlich flächig ausgedehnten Probe (10), umfassend eine Beleuchtungsanordnung zur wenigstens bereichsweisen Beleuchtung der Probe (10) mit Beleuchtungslicht wählbarer Polarisationseigenschaften unter einem zur Probennormalen geneigten Beleuchtungswinkel (φ), eine unter einem geeigneten, zu der Probennormalen geneigten Detektionswinkel (φ) angeordnete Detektionsanordnung zur polarisationssensitiven, abbildenden Detektion von Detektionslicht, welches von beleuchteten Bereichen der Probe (10) reflektiert wird, umfassend einen gesteuert auslesbaren Detektor (12) mit einer Mehrzahl von photosensitiven, geordneten Detektorelementen, Variationsmittel zum Variieren von Parametern des Abbildens von Probenbereichen auf den Detektor (12) und Steuermittel zur Steuerung des Auslesens wenigstens eines Auslesebereichs (12a; 12b) des Detektors (12) in synchroner Weise zu der Variation der Abbildungsparameter, dadurch gekennzeichnet, dass die Variationsmittel einen verfahrbaren Probenträger umfassen, mit welchem die Probe derart bewegbar ist, dass unterschiedliche Probenbereiche nacheinander auf denselben Detektor-Auslesebereich (12a) abgebildet werden, die Steuermittel derart eingerichtet sind, dass der Detektor-Auslesebereich (12a) synchron zu der Bewegung der Probe (10) auslesbar ist, und Bildverarbeitungsmittel vorgesehen und derart eingerichtet sind, dass nacheinander aus dem Detektor-Auslesebereich (12a) ausgelesene Ergebnis- Teilbilder (15a-15f, 15x, 15y) zu einem Ergebnisbild (14) zusammensetzbar sind.8. Imaging egg lipometer for imaging, ellipsometric detection of a sample (10) which is mainly extended over a large area, comprising an illumination arrangement for illuminating the sample (10) at least in areas with illuminating light selectable polarization properties under an illumination angle (φ) inclined to the sample normal, one under a suitable one of the sample normal inclined detection angle (φ) arranged detection arrangement for polarization-sensitive, imaging detection of detection light which is reflected by illuminated areas of the sample (10), comprising a controlled readable detector (12) with a plurality of photosensitive, ordered detector elements, variation means for varying Parameters of the imaging of sample areas on the detector (12) and control means for controlling the reading out of at least one reading area (12a; 12b) of the detector (12) in a manner synchronous with the variation of the imaging parameters, since characterized in that the variation means comprise a movable sample carrier with which the sample can be moved in such a way that different sample areas are in succession the same detector readout area (12a) are mapped, the control means are set up in such a way that the detector readout area (12a) can be read out synchronously with the movement of the sample (10), and image processing means are provided and set up in such a way that the detector Read-out area (12a) read-out partial images (15a-15f, 15x, 15y) can be combined to form a result image (14).
9. Eilipsometer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor vorgesehen ist, über welchen die Steuermittel Informationen bezüglich der aktuellen Positionierung der Probe erhalten.9. Eilipsometer according to claim 8, characterized in that at least one sensor is provided, via which the control means receive information regarding the current positioning of the sample.
10. Eilipsometer nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der motorisch bewegbare Probenträger als ein Förderband ausgebildet ist, welches die Probe senkrecht zur Probennormalen und parallel zur Einfallsebene des Beleuchtungslichts linear bewegen kann und zwar kontinuierlich oder schrittweise.10. Eilipsometer according to one of claims 8 or 9, characterized in that the motor-movable sample carrier is designed as a conveyor belt, which can move the sample linearly perpendicular to the sample normal and parallel to the plane of incidence of the illuminating light, continuously or stepwise.
11. Eilipsometer nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der motorisch bewegbare Probenträger Rotationstisch ausgebildet ist, welches die Probe azimutal zur Probennormalen bewegen kann und zwar kontinuierlich oder schrittweise. 11. Eilipsometer according to one of claims 8 or 9, characterized in that the motor-movable sample carrier is formed on a rotary table which can move the sample azimuthally to the sample normal, either continuously or stepwise.
12. Eilipsometer nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsanordnung Strahlformungsmittel zur formgerechten Beleuchtung interessierender Probenbereiche umfasst .12. Eilipsometer according to one of claims 8 to 11, characterized in that the lighting arrangement comprises beam shaping means for illuminating sample areas of interest in the correct shape.
13. Eilipsometer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsanordnung eine Zylinderlinse (16; 27) oder eine entsprechende Spiegeloptik umfasst, durch welche das Beleuchtungslicht auf einen streifenförmigen Probenbereich (10a) leitbar ist.13. Eilipsometer according to claim 12, characterized in that the lighting arrangement comprises a cylindrical lens (16; 27) or a corresponding mirror optic through which the illuminating light can be guided onto a strip-shaped sample area (10a).
14. Eilipsometer nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (12; 30) als ein senkrecht zur Bewegungsrichtung der Probe ausgedehnter Zeilendetektor ausgebildet ist, bei dem eine Mehrzahl von benachbarten Detektorelementen als ein streifenförmiger Detektor- Auslesebereich (12a) definierbar sind.14. Eilipsometer according to one of claims 8 to 13, characterized in that the detector (12; 30) is designed as a line detector extended perpendicular to the direction of movement of the sample, in which a plurality of adjacent detector elements as a strip-shaped detector reading area (12a) are definable.
15. Eilipsometer nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderoptik (27) derart angeordnet ist, dass das Beleuchtungslicht (40) in der Probebene eine Strahltaille aufweist.15. Eilipsometer according to one of claims 13 or 14, characterized in that the cylinder optics (27) is arranged such that the illuminating light (40) has a beam waist in the test plane.
16. Eilipsometer nach einem der Ansprüche 13 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsanordnung eine Lichtquelle (21) sowie vor der Zylinderoptik angeordnete Strahlaufweitungsmittel (23, 24) zur Erzeugung eines aufgeweiteten, parallelen Lichtbündels aufweist.16. Eilipsometer according to one of claims 13 or 15, characterized in that the lighting arrangement is a light source (21) and before of the cylinder optics arranged beam expansion means (23, 24) for generating an expanded, parallel light beam.
17. Eilipsometer nach einem der Ansprüche 13 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsanordnung polarisationsbeeinflussende Lichtleitmittel (25, 26) aufweist, die zwischen den Strahlaufweitungsmitteln (23, 24) und der Zylinderoptik (27) angeordnet sind.17. Eilipsometer according to one of claims 13 or 16, characterized in that the lighting arrangement has polarization-influencing light guide means (25, 26) which are arranged between the beam expansion means (23, 24) and the cylinder optics (27).
18. Eilipsometer nach einem der Ansprüche 13 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsanordnung polarisationsbeeinflussende Lichtleitmittel (25, 26) aufweist, die zwischen der Lichtquelle (21) und den Strahlaufweitungsmitteln (23, 24) angeordnet sind.18. Eilipsometer according to one of claims 13 or 17, characterized in that the lighting arrangement has polarization-influencing light guide means (25, 26) which are arranged between the light source (21) and the beam expansion means (23, 24).
19. Eilipsometer nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor als Flächendetektor ausgebildet ist, von dem ein einem interessierenden Probenbereich entsprechender Detektor-Auslesebereich definierbar ist.19. Eilipsometer according to one of claims 8 to 18, characterized in that the detector is designed as an area detector, from which a detector reading area corresponding to a sample area of interest can be defined.
20. Qualitätssicherungsmodul zur Erkennung von Herstellungsfehlern in einer Produktherstellungsvorrichtung umfassend ein Eilipsometer nach einem der Ansprüche 8 bis 19 und geeignet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7. 20. Quality assurance module for the detection of manufacturing defects in a product manufacturing device comprising an egg lipometer according to one of claims 8 to 19 and suitable for carrying out a method according to one of claims 1 to 7.
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