WO2012042022A1 - Ellipsometer - Google Patents

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WO2012042022A1
WO2012042022A1 PCT/EP2011/067116 EP2011067116W WO2012042022A1 WO 2012042022 A1 WO2012042022 A1 WO 2012042022A1 EP 2011067116 W EP2011067116 W EP 2011067116W WO 2012042022 A1 WO2012042022 A1 WO 2012042022A1
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WO
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reflection
spectrometer
polarization
sample
groups
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/067116
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German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Totzeck
Nico Correns
Frank Widulle
Christian Koos
Original Assignee
Carl Zeiss Ag
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Publication date
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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
    • 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
    • G01N2021/213Spectrometric ellipsometry

Definitions

  • the invention relates to an ellipsometer for examining a sample, having an illumination beam path, which is designed to illuminate the sample with illumination radiation of certain polarization and divergence at a certain angle, a Meßstrahlengang which is formed on the sample in a reflex angle range or Reflexorts Scheme reflected illumination radiation as a divergent reflection beam bundle and to analyze the spectral composition and polarization state, the Meßstrahlengang comprising: a spectrometer into which the reflected radiation beam is coupled and which spectrally splits the reflected radiation beam, a spectrometer arranged in the 2D detector and a polarizer means, the detector is upstream, and which spatially filters the reflected radiation beam before the spectral decomposition depending on the polarization state, wherein the spectrometer has an elongated entrance slit comprises, the Meßstrahlengang comprises means for collecting, which collects the reflection beam and passes to the entrance slit of the spectrometer, and the spectrometer spectrally dis
  • the invention further relates to an ellipsometer for examining a sample, having a sample illumination beam path, which is designed to illuminate the sample with illumination radiation of particular polarization and divergence at a certain angle, a Meßstrahlengang which is formed on the sample in a reflex angle range or Reflexions Scheme reflected illumination radiation as a divergent reflection beam bundle and analyze the spectral composition and polarization state
  • the Meßstrahlengang comprising: a spectrometer into which the reflected radiation beam is coupled and which spectrally splits the reflected radiation beam, arranged in a spectrometer 2D detector and a polarizer device, the Detector is arranged upstream, and spatially filters the reflected radiation beam before the spectral decomposition depending on the polarization state
  • the Meßstrahlengang a Comprises means for collecting, which couples the reflected radiation beam in an optical fiber bundle, the optical fiber bundle Einzellichtleitmaschinen, which end along a longitudinal extension adjacent to an input of the spectrometer, and
  • layer thickness In the analysis of thin layers, as they occur in photovoltaics, semiconductor manufacturing and architectural glass production, layer thickness, refractive index and refractive index profiles must be determined.
  • the coarse layer structure is generally known, but there are - especially in the process development - large fluctuation ranges in the values.
  • One of the most accurate methods for layer measurement is spectroscopic ellipsometry.
  • a layer system is illuminated at a defined angle - usually near 45 ° - with radiation of a well-defined polarization state.
  • the polarization state of the reflected light is analyzed with a polarimeter.
  • the name Ellipsometrie comes from the fact that this is often converted linearly polarized light.
  • the measured polarization state is compared with a polarization state calculated from a layer model.
  • Fresnel's equations are most often used, for layer systems the so-called "Thin Film Matrix Theory.”
  • the parameters of the simulated layer system are varied until the measurement and simulation are in line, since ellipsometry provides only two output magnitudes - Ellipticity and Azimuth - naturally only two parameters can be reconstructed, which is why layer thicknesses with a known refractive index of the solid material are often determined.
  • the spectroscopic ellipsometry was developed, in which the above process is performed for a whole wavelength spectrum. This results in a set of parameters that allows to reconstruct multilayer layer systems.
  • the ellipsometer With regard to the ellipsometer, different variants are known. In ellipsometry using a rotating polarizer either the polarizer in the illumination beam path or the Polarizer rotates in the measuring beam path. Depending on the angle of rotation, the transmitted power is measured. If, in addition to or instead of the polarizer, a lambda-quarter plate is rotated in the illumination or measuring beam path, the so-called Jones matrix can additionally be completely determined. Since quarter-wave plates show a strongly wavelength-dependent behavior, this variant is not suitable for spectroscopic ellipsometry without further ado.
  • null-ellipsometry Another variant of ellipsometry is the so-called null-ellipsometry.
  • the polarization state of the illumination radiation is adjusted so that after reflection on the sample linearly polarized light is present.
  • the analyzer, d. H. the polarizer device in the measuring beam path perpendicular to this polarization direction the intensity of the detected reflected radiation beam at the detector is almost zero.
  • refractive index and visible thickness of the sample can be determined. Since this method works in the dark field, so to speak, it is also well suited to find minimal variations around a preset setpoint, so z.
  • Spectroscopic ellipsometers are widely known in the art, such. B. in the form of successive illumination of the sample with narrow-band illumination radiation of different wavelengths, as described in US 5076696 or EP 1574842 A1.
  • DE 1 0146945 A1 proposes for a spectrally analyzing ellipsometer to guide the spectrally fanned-out radiation through a micropolarization filter, which is arranged after the spectral fanning in front of the detector and has filter pixels, wherein each filter pixel is associated with one pixel of the detector.
  • the filter pixels have different transmission or major axis directions for polarized radiation.
  • US 6320657 a spectroscopic ellipsometer is disclosed which analyzes all wavelengths in parallel via a monochromator.
  • the polarization device is designed as a rotating compensator.
  • US 5,329,357 also describes a spectroscopic ellipsometer in which the polarizer, i. H. Polarization of illumination radiation, and analyzer, d. H. rotate the detector upstream polarizer. Furthermore, it is disclosed here to provide the illumination radiation via the optical fiber and also to collect the reflection radiation via an optical fiber and to supply it to the spectrometer.
  • US Pat. No. 7,492,455 discloses a spectrally analyzing ellipsometer which contains a multiplicity of illumination sources, including a polarization setting for the illumination radiation, which are successively switched into the beam path. In this case, only discrete states of polarization are used and no continuously varying states in that several broadband sources are each combined with discrete polarization states to provide the illumination radiation and activated sequentially for the measurement.
  • a spectral detection of a sample by means of ellipsometer also describes the US 2010/0004773 A1.
  • a reflection on a sample in a flat sample area is detected and imaged onto a 2D detector.
  • a spatial modulation of the recorded reflection radiation with respect to the polarization state takes place by means of a so-called hypercube.
  • the computational reconstruction effort for sample analysis is considerable.
  • US 7372568 B1 describes a polarimeter for the evaluation of four polarization states.
  • a polarizer block is used whose entrance surface is divided into four sections, which cause different polarizations.
  • DE 19621512 A1 describes a polarimeter for evaluating the wavelength-dependent polarization state of radiation.
  • a polarization grating with lithographically produced microstructures and a spectral deflection grating is used.
  • US 5440390 A discloses a polarimeter comprising an optical fiber bundle whose individual beams have different polarization effects. The radiation to be analyzed is coupled into the optical fiber bundle and then passed to a 2D detector so that the radiation from the end faces of the individual fibers is spatially resolvable. From the intensity distribution on the 2D detector then a statement about the polarization state of the coupled radiation is derived.
  • US 2007/0229852 A1 discloses an ellipsometer which has conventional prisms as a polarizer in the illumination beam path and as an analyzer in the detection beam path.
  • DE 19547552 C1 relates to the field of air surveillance and discloses a device for determining the polarization state of radiation received from a half-space at different picture elements.
  • Each picture element consists of at least three different polarization filters arranged side by side. By a polarization filter passed and polarized radiation is then passed through an optical waveguide. There are three optical fibers for each pixel. All optical fibers are then arranged side by side in an entrance slit of a spectrometer along the gap.
  • US 6052188 discloses a spectroscopically operating ellipsometer of the type mentioned, wherein optical fibers can be used in the beam path to the entrance slit of the spectrometer.
  • the DE 1 0021378 A1 also describes an ellipsometer of the type mentioned.
  • the radiation reflected at the sample is passed through a polarizing Wollaston prism for filtering, so that after the prism two output light beams are present, of which one polarized s and the other p is polarized. These two beams are then coupled by means of collimators in two optical fibers and passed from there to a spectrometer.
  • the latter two publications disclose an ellipsometer having a sample illumination beam path which illuminates the sample with illumination radiation of certain polarizations and divergence and at a certain angle, a measurement beam path which collects illumination radiation reflected from the sample as a reflection beam and analyzes for spectral composition and polarization state and a spectrometer with 2D detector and a polarization device, which spatially filters the reflected radiation beam before the spectral decomposition depending on the polarization state includes.
  • a collimator device is provided in the measurement beam path, which couples the reflected radiation beam into an optical fiber bundle, which has individual light fibers and directs the reflected radiation beam to the spectrometer input.
  • these ellipsometers are not suitable for recording areal samples.
  • the invention has the object of developing an ellipsometer of the type mentioned in such a way that a rapid analysis of area even complex layer systems is possible.
  • the spectrometer should be able to be used directly in production processes, so have so-called in-line capability.
  • an ellipsometer for examining a sample, with an illumination beam path, which is designed to illuminate the sample with illumination radiation of certain polarization and divergence at a certain angle, a Meßstrahlengang which is formed on the sample in a reflex angle range or Reflex area reflected illumination radiation as collecting and analyzing spectral composition and polarization state
  • the measuring beam path comprises: a spectrometer into which the reflected radiation beam is coupled and which spectrally splits the reflection radiation beam, a 2D detector arranged in the spectrometer and a polarizer device which is arranged upstream of the detector, and spatially filtering the reflected radiation beam prior to spectral decomposition depending on the state of polarization, the spectrometer having an elongated entrance slit, the measuring beam path having means for collecting, in particular a collimator, collecting the reflected beam and directing it to the entrance slit of the spectrometer, and the spectrometer the reflection beam bundles spectrally dis
  • an ellipsometer for examining a sample, with a sample illumination beam path, which is designed to illuminate the sample with illumination radiation of particular polarization and divergence at a certain angle, a measuring beam path, which is formed on the sample in a reflex angle range or Reflexions Scheme reflected illumination radiation as a divergent reflection beam bundle and analyze the spectral composition and polarization state
  • the Meßstrahlengang comprising: a spectrometer into which the reflected radiation beam is coupled and which spectrally splits the reflected radiation beam, arranged in a spectrometer 2D detector and a polarizer device, the Precedent detector, and spatially filters the reflected radiation beam before the spectral decomposition depending on the polarization state, wherein the Meßstrahlengang a means for S ammeln, in particular a collimator, which couples the reflected radiation beam in a Lichtleitmaschinebündel, the Lichtleitmaschinebündel Einzelellichtleitmaschinen having along a longitudinal extension adjacent to one another at
  • the invention thus provides, in a first and a second variant, for spectrally filtering the reflection radiation and for distributing it at reflex locations or angles at the input of the spectrometer.
  • the polarizers are arranged side by side in the entrance slit, so that the spatial separation of the reflected beam with respect to the different polarization states in the entrance slit takes place.
  • the spectrometer has no conventional entrance slit, but optical fibers whose end faces act as an entrance slit. Then, after the coupling out of the optical fibers or before the coupling into the optical fibers or even during coupling / decoupling the polarization filtering is performed.
  • optical fiber ends take over the function of the entrance slit at the spectrometer input
  • several groups of at least four individual optical fibers are provided in the optical fiber bundle and the means for collecting (eg a collimator device) is designed such that it depends on the reflected radiation Reflection angle or reflex location distributed among the groups.
  • Each group then corresponds to a spectrometer channel, and the spectrometer spectrally fans the radiation coming from a group into a spatial direction.
  • the other spatial direction is then the individual Associated optical fiber groups and thus encodes the reflex location or the angle of reflection, depending on the design of the collimator.
  • This approach is analogous to the ellipsometer, which is not limited to optical fiber optics.
  • the invention achieves a particular suitability of the Eilipsometer for scanning flat samples by a plurality of groups of at least optical fibers or more groups, each with different polarizers, is distributed to the reflecting radiation by the means for collecting depending on the angle of reflection or Reflexort.
  • Such a device for collecting is in no way addressed in the prior art, but allows the rapid detection of a flat sample with the ellipsometer.
  • the polarizers can be realized in a particularly simple manner by being applied to the entry or exit-side end faces of the individual optical fibers, which are then of course preferably polarization-preserving, in particular if larger fiber light paths are present. With short fibers, polarization maintenance can sometimes be dispensed with.
  • a non-polarization filtered dark and / or a white light channel in the entrance slit or at the spectrometer input, z. B. in each group a dark and / or white light channel. This allows a permanent dark measurement and / or a white reference and thus a better evaluation of the radiation by a better normalization of the intensity. If the polarization directions 0 °, 45 °, 90 ° and circular are used for the polarizers, the entire Stokes vector of the radiation can be spectrally decomposed.
  • the reflection intensity which is detected is as independent of adjustment as possible. It should not change as much as possible if the position of the layer varies. This can be achieved in a first variant particularly simply by illuminating a lighting spot which is much larger than the detected measuring spot in which the reflection radiation is collected. The same can apply alternatively or additionally for the aperture.
  • the difference in size ensures that even when the layer varies within certain tolerances, in particular when the layer is shifted or tilted, the measuring spot / measuring angle range always detects an area which is within the illumination spot / illumination angle range.
  • the measurement spot / measurement angle range is much larger than the illumination spot / illumination angle range. It is therefore essential for this advantage that there is a size and / or aperture difference between the illumination spot and the measuring spot, which is chosen so that even with a certain, predetermined variation of the position of the layer, the smaller spot / the larger aperture is completely within the larger one Stain / the smaller aperture remains.
  • a tracking is provided. By means of a suitable measuring device, the position of the ellipsometer in the space and / or the layer to be measured is determined and regulated in a desired position relative to the layer tracked.
  • a correction in the determination of layer parameters, a correction can be made that takes into account the position of the ellipsometer in the space and / or the layer and compensates for any deviations from a desired position to the layer, for example by previously determined correction values in a control device are stored.
  • a measurement of the situation is also provided here.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an ellipsometer according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a schematic representation of a spectrometer gap of the ellipsometer of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a schematic representation of the splitting of the polarization directions for different angles of reflection or reflex locations in an ellipsometer similar to that of FIG. 1,
  • FIG. Fig. 4 is a plan view of a sample with a schematic representation of lighting and
  • Fig. 5 is an ellipsometer another construction
  • Fig. 6 is a schematic representation of the input of the ellipsometer of Fig. 5 with the generation of different polarization channels and
  • FIG. 7-9 representations similar to Fig. 6 of differently shaped ellipsometer inputs.
  • FIG. 1 schematically shows an ellipsometer 1 a, which is designed to measure a layer 2 on the surface of a sample 3.
  • the ellipsometer 1 a has an illumination beam path 4 and a measuring beam 5.
  • the illumination beam path 4 includes a broadband source 3, the z. B. light, that emits radiation in the visible spectral range.
  • Downstream of the source 6 is a collimator 7, which parallelizes the radiation and passes it on to a polarizer 8, which, as known in ellipsometry, polarizes the radiation.
  • An illuminating optics 9 generates a bundle of convergent illumination radiation 10 with which the layer 2 of the sample 3 is illuminated.
  • the opening angle w of the illumination radiation 10 can preferably be adjusted so that the size of the illuminated spot on the layer 2 of the sample 3 can be varied. Since the illumination beam path 4, as can be seen from the drawing, is tilted onto the layer 2 by an angle a relative to the normal N, the illumination radiation, after an interaction with the sample (for example diffraction on a periodic structure, etc.), becomes a divergent reflection beam 1 1 reflected on the sample 3 and in particular its layer 2.
  • the reflection beam 1 1 is collected by a collimator 12, wherein the opening angle at which the collimator collects the reflection beam is denoted by u.
  • the measuring beam 5 is arranged so that it receives a reflected beam 1 1, which corresponds to a beam, which would be generated in purely specular reflection (ie substantially diffraction zero order). Then, the opening angle u corresponds to the opening angle w.
  • a variation of these parameters is possible, depending on the setting of the collimator 7 in the illumination beam path 4, the collimator 12 in the measuring beam path 5 and properties of the sample (scattering on the surface).
  • the collimator 12 directs the collected reflection beam to a spectrometer 13.
  • This spectrometer 13 has a fan-out element 14, which spectrally fanned the detected radiation, as will be explained.
  • the radiation is then detected on a two-dimensional detector 15.
  • the spectrometer 13 has an entrance slit 16, which is shown schematically in FIG.
  • the entrance slit 16 extends along a longitudinal direction L and defines an entrance slit commonly known to spectrometers.
  • the fanning-out element 14 is set up in such a way that on the one hand it carries out the usual spectral fanning.
  • This is schematically symbolized by the fan-out direction "lambda" in Figure 3.
  • the polarizer 17 effects such a division that groups defined by the polarizers 18 to 21 are repeated ensures that a larger area of the layer 2 of the sample 2 is scanned with respect to reflections
  • the radiation which is present along the direction L at the entrance slit 16 in the form of the reflection beam 1 1 is thus along the direction L either with respect to the reflex locations or
  • a breakdown according to the reflex locations is achieved when the region detected on the layer 2 extends along a direction perpendicular to the plane of the drawing in Figure 1.
  • a breakdown by reflection angles is obtained when the detected region is around 90 ° turned to it, so that i n of the sectional plane of Figure 1 and perpendicular to the normal N runs.
  • the spatial or angular resolution is given by the dimension of one of the groups along the direction L.
  • FIG. 2 merely shows two groups G1 and G2 by way of example, a larger number of groups can and will be used in most embodiments.
  • groups G1, G2, G3 and Gn This is illustrated in Figure 3 by groups G1, G2, G3 and Gn, wherein the reference Gn is to illustrate that the number of repetitions is not limited to four, but quite any higher or lower can be selected.
  • the groups G1 to Gn are assigned to different reflection angles, ie originate from different regions within the opening angle u.
  • the groups G1 to Gn may also be assigned to different locations on the sample 2. This assignment is achieved by suitable design of the collimator 12.
  • FIG. 4 schematically shows a plan view of the layer 2.
  • the measuring spot 33 the division into the individual spots is shown schematically, which are assigned to the polarizers at the entrance slit diaphragm.
  • the illumination spot 32 has a spatial extent which is greater than that of the measuring spot 33, it is possible to ensure that the measuring spot even when the position of the layer varies within certain tolerances, in particular when the layer 2 is displaced along the normal N 33 always detects an area that lies within the illumination spot 32.
  • the measuring spot 33 is much larger than the illumination spot 32, so that the illumination intensity within the measuring spot 33 remains constant, even if the layer 2 varies in their position.
  • Essential for this advantage is therefore that between illumination spot 32 and measuring spot 33 there is a difference in size, which is chosen so that even with a variation of the position of the layer 2 within predetermined limits, the smaller spot is completely within the larger spot.
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment of an ellipsometer 1b, which does not differ with respect to the illuminating beam path from the ellipsometer 1a. The differences are due to the collection of the reflection beam 1 1 and the design of the spectrometer.
  • the collimator 12 of the ellipsometer 1 a is replaced by a fiber coupler 22, which couples the reflection beam 1 1 in an optical fiber bundle 23 having at least one group of four Einzelellichtleitmaschinen.
  • the optical fiber bundle 23 carries the collected reflection beam 1 1 to the spectrometer 24.
  • FIG. 6 shows a plan view of the entrance 31.
  • the Einzelellichtleitmaschinen are grouped together, each consisting of four Einzelellichtleitmaschinen in the present embodiment.
  • the ends of these Einzelellichtleitmaschinen are provided with polarizers 27 to 30.
  • the groups G1 to Gn are juxtaposed, and the fan-out element 25 of the spectrometer 24 fans out like this supplied spectrally on, so that in the result again the field shown in Figure 3 is achieved on the two-dimensional detector.
  • the polarizers can also be provided on the entry surfaces of the individual optical fibers, or the individual optical fibers themselves can have corresponding polarization-filtering properties.
  • optical fiber bundle 23 also makes it possible to combine the groups in such a way that the optical fibers of one polarization type are combined into four groups G1 to G4.
  • the Einzelellichtleitmaschinen 27 to 30 of the group G1 thus carry all the reflection radiation, which is filtered at a polarization angle of 0 °. They differ from each other by the reflex location or the angle of reflection to which they are assigned.
  • This approach has the advantage that less interference by crosstalk between the individual channels occur. Also leads to less crosstalk, the construction of Figure 8, in which an additional gap 34 is provided between two groups G1 to Gn, which differ with respect to the reflex location or angle of reflection.
  • FIG. 9 shows diagrammatically that the distribution of the radiation from the individual optical fibers is not restricted solely to the fact that the radiation of a single optical fiber is filtered with respect to exactly one polarization state.
  • FIG. 9 shows by way of example an optical fiber bundle 23 which consists of four individual optical fibers 35 whose radiation is filtered by four individual polarizers 27, 28, 29, 30. The radiation from a single optical fiber 35 thus corresponds to a group G1 to Gn and carries radiation which was recorded with respect to a reflex location or an angle of reflection.
  • FIGS. 1 to 8 thus show construction methods in which four individual optical fibers are used within one spatial resolution cell or one angular resolution cell. In Figure 9, a Einzelellichtleitmaschine is used. Other breakdowns are equally possible.
  • the signals of the detector as information about the corresponding angular settings of the spectrometer 1 a and 1 b are supplied to a not further explained control unit, which performs the above-mentioned simulation for layer analysis.
  • the described ellipsometer 1 a or 1 b thereby allows a variety of operations.
  • the illumination radiation can be carried out along a line with a small numerical apparatus.
  • the detection detects the specular reflex as a function of location, i. H. the mentioned groups G1 to Gn represent the location dependency of the recorded spectra.
  • a conoscopic spectral ellipsometry is illuminated broadband, with high numerical apparatus at one point.
  • the reflections are then detected as a function of the angle and, of course, of the wavelength, so that the said groups G1 to Gn represent the angular dependence of the spectrally resolved reflection radiation.
  • This system is particularly suitable for the analysis of complex multilayers, whereas the aforesaid mode of operation is particularly suitable for the inspection of produced thin films in the production process. If one does not detect the specular reflex in conoscopic spectral ellipsometry but scattered light, an analysis of microstructured layer systems can be carried out with this variant.

Abstract

The invention relates to an ellipsometer for examining a sample (2, 3), comprising an illumination beam path (4), which is designed to illuminate the sample (2, 3) with illuminating radiation (10) of certain polarization and divergence (w) at a certain angle (a), a measurement beam path (5), which is designed to collect, as a diverging reflection beam (11), illuminating radiation (10) reflected at the sample (2, 3) in a reflection angle range (u) or reflection location range and to analyze said reflected illuminating radiation in regard to spectral composition and polarization state, wherein the measurement beam path (5) has: a spectrometer (13), into which the reflection beam (11) is coupled and which spectrally divides the reflection beam (11), a 2-D detector (15) arranged in the spectrometer (13), and a polarization device, which is arranged in front of the detector (15) and which spatially filters the reflection beam (11) according to the polarization state before the spectral decomposition, wherein the spectrometer (13) has a longitudinally extended inlet gap (17), the measurement beam path (5) has a collecting device (12), which collects the reflection beam (11) and guides the reflection beam to the inlet gap (17) of the spectrometer (13), and the spectrometer (13) directs the reflection beam (11), which is spectrally decomposed, at the detector (15) transversely to the propagation direction of the reflection beam (11) and transversely to the longitudinal extension of the inlet gap (17), wherein the polarization device comprises a plurality of groups (G1-Gn), which each have a plurality of different polarizers (18-21), which each filter the reflection beam (11) in regard to different polarization states, wherein the groups (G1-Gn) and the polarizers (18-21) in the groups (G1-Gn) are arranged next to each other on the inlet gap (17) or in the inlet gap (17) of the spectrometer (15), the collecting device (12) distributes the reflection beam (11) among the groups (G1-Gn) according to the reflection angle or reflection location and guides the reflection beam to the inlet gap (17) in such a way that the reflection angle or reflection location varies along the longitudinal extension of the inlet gap (17).

Description

Ellipsometer  ellipsometer
Die Erfindung bezieht sich auf ein Ellipsometer zur Untersuchung einer Probe, mit einem Beleuchtungsstrahlengang, der ausgebildet ist, die Probe mit Beleuchtungsstrahlung bestimmter Polarisation und Divergenz unter einem bestimmten Winkel zu beleuchten, einem Meßstrahlengang, der ausgebildet ist, an der Probe in einen Reflexwinkelbereich oder Reflexortsbereich reflektierte Beleuchtungsstrahlung als divergierendes Reflexstrahlungsbündel aufzusammeln und hinsichtlich spektraler Zusammensetzung und Polarisationszustand zu analysieren, wobei der Meßstrahlengang aufweist: ein Spektrometer, in das das Reflexstrahlungsbündel eingekoppelt ist und das das Reflexstrahlungsbündel spektral aufgliedert, einen im Spektrometer angeordneten 2D-Detektor und eine Polarisatoreinrichtung, die dem Detektor vorgeordnet ist, und die das Reflexstrahlungsbündel vor der spektralen Zerlegung abhängig vom Polarisationszustand räumlich filtert, wobei das Spektrometer einen längs erstreckten Eintrittsspalt aufweist, der Meßstrahlengang eine Einrichtung zum Sammeln aufweist, welche das Reflexstrahlenbündel aufsammelt und zum Eintrittsspalt des Spektrometer leitet, und das Spektrometer das Reflexstrahlungsbündel quer zur Ausbreitungsrichtung des Reflexstrahlungsbündels und quer zur Längserstreckung des Eintrittspaltes spektral zerlegt auf den Detektor lenkt. Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Ellipsometer zur Untersuchung einer Probe, mit einem Probenbeleuchtungsstrahlengang, der ausgebildet ist, die Probe mit Beleuchtungsstrahlung bestimmter Polarisation und Divergenz unter einem bestimmten Winkel zu beleuchten, einem Meßstrahlengang, der ausgebildet ist, an der Probe in einen Reflexwinkelbereich oder Reflexortsbereich reflektierte Beleuchtungsstrahlung als divergierendes Reflexstrahlungsbündel aufzusammeln und hinsichtlich spektraler Zusammensetzung und Polarisationszustand zu analysieren, wobei der Meßstrahlengang aufweist: ein Spektrometer, in das das Reflexstrahlungsbündel eingekoppelt ist und das das Reflexstrahlungsbündel spektral aufgliedert, einen im Spektrometer angeordneten 2D-Detektor und eine Polarisatoreinrichtung, die dem Detektor vorgeordnet ist, und die das Reflexstrahlungsbündel vor der spektralen Zerlegung abhängig vom Polarisationszustand räumlich filtert, wobei der Meßstrahlengang eine Einrichtung zum Sammeln aufweist, die das Reflexstrahlungsbündel in ein Lichtleitfaserbündel einkoppelt, das Lichtleitfaserbündel Einzellichtleitfasern aufweist, die längs einer Längserstreckung nebeneinanderliegend an einem Eingang des Spektrometers enden, und das Spektrometer das am Eingang zugeführte Reflexstrahlungsbündel quer zur Längserstreckung spektral zerlegt auf den Detektor lenkt, wobei die Polarisationseinrichtung durch eine polarisationsfilternde Eigenschaft der Einzellichtleiterfasern oder durch den Einzellichtleitfasern vor- oder nachgeordnete Polarisatoren verwirklicht ist, wobei die polarisationsfilternden Eigenschaften der Einzellichtleitfasern bzw. die Polarisatoren jeweils die Reflexstrahlung (1 1 ) hinsichtlich unterschiedlicher Polarisationszustände filtern. The invention relates to an ellipsometer for examining a sample, having an illumination beam path, which is designed to illuminate the sample with illumination radiation of certain polarization and divergence at a certain angle, a Meßstrahlengang which is formed on the sample in a reflex angle range or Reflexortsbereich reflected illumination radiation as a divergent reflection beam bundle and to analyze the spectral composition and polarization state, the Meßstrahlengang comprising: a spectrometer into which the reflected radiation beam is coupled and which spectrally splits the reflected radiation beam, a spectrometer arranged in the 2D detector and a polarizer means, the detector is upstream, and which spatially filters the reflected radiation beam before the spectral decomposition depending on the polarization state, wherein the spectrometer has an elongated entrance slit comprises, the Meßstrahlengang comprises means for collecting, which collects the reflection beam and passes to the entrance slit of the spectrometer, and the spectrometer spectrally disperses the reflected radiation beam transversely to the propagation direction of the reflected radiation beam and transversely to the longitudinal extent of the entrance slit on the detector. The invention further relates to an ellipsometer for examining a sample, having a sample illumination beam path, which is designed to illuminate the sample with illumination radiation of particular polarization and divergence at a certain angle, a Meßstrahlengang which is formed on the sample in a reflex angle range or Reflexionsbereich reflected illumination radiation as a divergent reflection beam bundle and analyze the spectral composition and polarization state, the Meßstrahlengang comprising: a spectrometer into which the reflected radiation beam is coupled and which spectrally splits the reflected radiation beam, arranged in a spectrometer 2D detector and a polarizer device, the Detector is arranged upstream, and spatially filters the reflected radiation beam before the spectral decomposition depending on the polarization state, wherein the Meßstrahlengang a Comprises means for collecting, which couples the reflected radiation beam in an optical fiber bundle, the optical fiber bundle Einzellichtleitfasern, which end along a longitudinal extension adjacent to an input of the spectrometer, and the spectrometer supplied to the input reflex beam bundles spectrally split across the longitudinal direction to the detector, wherein the Polarization device is realized by a polarization-filtering property of the individual optical fibers or by the Einzelellichtleitfasern upstream or downstream polarizers, the polarization-filtering properties of the Einzelellichtleitfasern or the polarizers in each case the reflection radiation (1 1) filter with respect to different polarization states.
In der Analyse dünner Schichten, wie sie in der Photovoltaik, der Halbleiterfertigung sowie der Architekturglas-Produktion auftreten, müssen Schichtdicke, Brechzahl und auch Brechzahlverläufe ermittelt werden. Der grobe Schichtaufbau ist dabei in der Regel bekannt, allerdings bestehen - gerade in der Prozeßentwicklung - große Schwankungsbreiten in den Werten. Eines der genauesten Verfahren zur Schicht-Messung ist die spektroskopische Ellipsometrie. In the analysis of thin layers, as they occur in photovoltaics, semiconductor manufacturing and architectural glass production, layer thickness, refractive index and refractive index profiles must be determined. The coarse layer structure is generally known, but there are - especially in the process development - large fluctuation ranges in the values. One of the most accurate methods for layer measurement is spectroscopic ellipsometry.
In einem Eilipsometer wird ein Schichtsystem unter einem definierten Winkel - in der Regel nahe 45° - mit Strahlung eines wohldefinierten Polarisationszustandes beleuchtet. Der Polarisationszustand des reflektierten Lichtes wird mit einem Polarimeter analysiert. Der Name Ellipsometrie stammt daher, daß hierbei häufig linear polarisiertes Licht umgewandelt wird. In an ellipsometer, a layer system is illuminated at a defined angle - usually near 45 ° - with radiation of a well-defined polarization state. The polarization state of the reflected light is analyzed with a polarimeter. The name Ellipsometrie comes from the fact that this is often converted linearly polarized light.
Der gemessene Polarisationszustand wird mit einem aus einem Schichtmodell berechneten Polarisationszustand verglichen. Für einfache Grenzflächen werden hier meistens die Fresnelschen Gleichungen, für Schichtsysteme die sogenannte „Thin Film Matrix Theory" eingesetzt. Die Parameter des simulierten Schichtsystems (Dicken und Brechzahlen) werden variiert, bis Messung und Simulation in Deckung sind. Da die Ellipsometrie nur zwei Ausgangsgroßen liefert - Elliptizität und Azimut - lassen sich naturgemäß auch nur zwei Parameter rekonstruieren. Häufig werden deshalb Schichtdicken bei bekannter Brechzahl des Vollmaterials ermittelt. The measured polarization state is compared with a polarization state calculated from a layer model. For simple interfaces, Fresnel's equations are most often used, for layer systems the so-called "Thin Film Matrix Theory." The parameters of the simulated layer system (thicknesses and indices of refraction) are varied until the measurement and simulation are in line, since ellipsometry provides only two output magnitudes - Ellipticity and Azimuth - naturally only two parameters can be reconstructed, which is why layer thicknesses with a known refractive index of the solid material are often determined.
Um mehr Parameter eines Schichtaufbaus untersuchen zu können, wurde die spektroskopische Ellipsometrie entwickelt, bei der der oben genannte Vorgang für ein ganzes Wellenlängenspektrum durchgeführt wird. Damit ergibt sich ein Satz von Parametern, der es erlaubt, auch mehrlagige Schichtsysteme zu rekonstruieren. In order to investigate more parameters of a layer structure, the spectroscopic ellipsometry was developed, in which the above process is performed for a whole wavelength spectrum. This results in a set of parameters that allows to reconstruct multilayer layer systems.
Hinsichtlich des Ellipsometers sind verschiedene Varianten bekannt. Bei Ellipsometrie mittels rotierendem Polarisator wird entweder der Polarisator im Beleuchtungsstrahlengang oder der Polarisator im Meßstrahlengang rotiert. In Abhängigkeit vom Rotationswinkel wird die transmittierte Leistung gemessen. Rotiert man zusätzlich oder statt des Polarisators eine Lambda-Viertel-Platte im Beleuchtungs- oder Meßstrahlengang, kann zusätzlich noch die sogenannte Jones-Matrix vollständig ermittelt werden. Da Lambda-Viertel-Platten ein stark wellenlängenabhängiges Verhalten zeigen, ist diese Variante jedoch nicht für die spektroskopische Ellipsometrie ohne weiteres tauglich. With regard to the ellipsometer, different variants are known. In ellipsometry using a rotating polarizer either the polarizer in the illumination beam path or the Polarizer rotates in the measuring beam path. Depending on the angle of rotation, the transmitted power is measured. If, in addition to or instead of the polarizer, a lambda-quarter plate is rotated in the illumination or measuring beam path, the so-called Jones matrix can additionally be completely determined. Since quarter-wave plates show a strongly wavelength-dependent behavior, this variant is not suitable for spectroscopic ellipsometry without further ado.
Eine weitere Variante der Ellipsometrie ist die sogenannte Null-Ellipsometrie. Hier wird der Polarisationszustand der Beleuchtungsstrahlung so eingestellt, daß nach Reflexion an der Probe linear polarisiertes Licht vorliegt. Stellt man dann den Analysator, d. h. die Polarisatoreinrichtung im Meßstrahlengang senkrecht zu dieser Polarisationsrichtung, ist die Intensität des detektierten Reflexstrahlungsbündels am Detektor nahezu null. Aus Polarisationswinkeln der Beleuchtungsstrahlung und der als Analysator dienenden Polarisatoreinrichtung vor dem Detektor können Brechzahl und Sichtdicke der Probe ermittelt werden. Da dieses Verfahren quasi im Dunkelfeld arbeitet, ist es auch gut dazu geeignet, minimale Variationen um einen voreingestellten Sollwert zu finden, also z. B. Schichtschwankungen um einen Sollwert flächenaufgelöst sichtbar zu machen. Another variant of ellipsometry is the so-called null-ellipsometry. Here, the polarization state of the illumination radiation is adjusted so that after reflection on the sample linearly polarized light is present. Then set the analyzer, d. H. the polarizer device in the measuring beam path perpendicular to this polarization direction, the intensity of the detected reflected radiation beam at the detector is almost zero. From polarization angles of the illumination radiation and the polarizer device serving as an analyzer in front of the detector, refractive index and visible thickness of the sample can be determined. Since this method works in the dark field, so to speak, it is also well suited to find minimal variations around a preset setpoint, so z. B. layer fluctuations to make a target surface resolved visible.
Spektroskopische Eilipsometer sind im Stand der Technik vielfach bekannt, so z. B. in Form der sukzessiven Beleuchtung der Probe mit schmalbandiger Beleuchtungsstrahlung verschiedener Wellenlänge, wie es in der US 5076696 oder EP 1574842 A1 beschrieben ist. Die DE 1 0146945 A1 schlägt für ein spektral analysierendes Eilipsometer vor, die spektral aufgefächerte Strahlung durch ein Mikropolarisationsfilter zu führen, das nach der spektralen Auffächerung vor dem Detektor angeordnet ist und Filterpixel aufweist, wobei jedes Filterpixel einem Pixel des Detektors zugeordnet ist. Die Filterpixel haben unterschiedliche Durchlaß- bzw. Hauptachsenrichtungen für polarisierte Strahlung. Bei diesem Ansatz steigt der Aufwand, welcher für die Polarisationseinrichtung im Meßstrahlengang erforderlich ist, mit steigender Auflösung üblicher 2D-Detektoren spürbar an. In der US 6320657 ist ein spektroskopische Eilipsometer offenbart, das sämtliche Wellenlängen parallel über einen Monochromator analysiert. Die Polarisationseinrichtung ist dabei als rotierender Kompensator ausgebildet. Die US 5329357 beschreibt ebenfalls ein spektroskopisches Eilipsometer, bei dem Polarisator, d. h. Polarisation der Beleuchtungsstrahlung, und Analysator, d. h. dem Detektor vorgeordnete Polarisationseinrichtung, rotieren. Weiter ist hier offenbart, die Beleuchtungsstrahlung über die Lichtleitfaser bereitzustellen und auch die Reflexstrahlung über eine Lichtleitfaser aufzusammeln und dem Spektrometer zuzuführen. Spectroscopic ellipsometers are widely known in the art, such. B. in the form of successive illumination of the sample with narrow-band illumination radiation of different wavelengths, as described in US 5076696 or EP 1574842 A1. DE 1 0146945 A1 proposes for a spectrally analyzing ellipsometer to guide the spectrally fanned-out radiation through a micropolarization filter, which is arranged after the spectral fanning in front of the detector and has filter pixels, wherein each filter pixel is associated with one pixel of the detector. The filter pixels have different transmission or major axis directions for polarized radiation. With this approach, the effort required for the polarization device in the measuring beam path increases noticeably with increasing resolution of conventional 2D detectors. In US 6320657 a spectroscopic ellipsometer is disclosed which analyzes all wavelengths in parallel via a monochromator. The polarization device is designed as a rotating compensator. US 5,329,357 also describes a spectroscopic ellipsometer in which the polarizer, i. H. Polarization of illumination radiation, and analyzer, d. H. rotate the detector upstream polarizer. Furthermore, it is disclosed here to provide the illumination radiation via the optical fiber and also to collect the reflection radiation via an optical fiber and to supply it to the spectrometer.
Neben mechanischer Einstellung der Polarisationskomponenten sind natürlich auch elektronische Einstellungen im Stand der Technik bekannt, so beispielsweise in der US 7265835 und der US 6753961 . Die US 7492455 offenbart ein spektralanalysierendes Eilipsometer, das eine Vielzahl von Beleuchtungsquellen samt Polarisationseinstellung für die Beleuchtungsstrahlung enthält, die nacheinander in den Strahlengang geschaltet werden. Dabei werden nur diskrete Polarisationszustande verwendet und keine kontinuierlich variierenden Zustände, indem mehrere breitbandige Quellen jeweils mit diskreten Polarisationszuständen zur Bereitstellung der Beleuchtungsstrahlung kombiniert und für die Messung sequentiell aktiviert werden. In addition to mechanical adjustment of the polarization components of course, electronic settings in the prior art are known, for example in the US 7265835 and US 6753961. US Pat. No. 7,492,455 discloses a spectrally analyzing ellipsometer which contains a multiplicity of illumination sources, including a polarization setting for the illumination radiation, which are successively switched into the beam path. In this case, only discrete states of polarization are used and no continuously varying states in that several broadband sources are each combined with discrete polarization states to provide the illumination radiation and activated sequentially for the measurement.
Eine spektrale Erfassung einer Probe mittels Eilipsometer schildert auch die US 2010/0004773 A1 . Hier wird ein Reflex an einer Probe in einem flächigen Probenbereich erfaßt und auf einen 2D-Detektor abgebildet. Vor der Abbildung auf dem Detektor findet in einer der US 2010/0004773 A1 beschriebenen Ausführungsformen mittels eines sogenannten Hypercubes eine räumliche Modulation der aufgenommenen Reflexstrahlung hinsichtlich des Polarisationszustandes statt. Der rechnerische Rekonstruktionsaufwand zur Probenanalyse ist jedoch beträchtlich. A spectral detection of a sample by means of ellipsometer also describes the US 2010/0004773 A1. Here, a reflection on a sample in a flat sample area is detected and imaged onto a 2D detector. Prior to imaging on the detector, in one of the embodiments described in US 2010/0004773 A1, a spatial modulation of the recorded reflection radiation with respect to the polarization state takes place by means of a so-called hypercube. However, the computational reconstruction effort for sample analysis is considerable.
Die US 7372568 B1 schildert ein Polarimeter zur Auswertung von vier Polarisationszuständen. Dabei wird ein Polarisatorblock verwendet, dessen Eintrittsfläche in vier Abschnitte unterteilt wird, die unterschiedliche Polarisationen bewirken. US 7372568 B1 describes a polarimeter for the evaluation of four polarization states. In this case, a polarizer block is used whose entrance surface is divided into four sections, which cause different polarizations.
Die DE 19621512 A1 beschreibt ein Polarimeter zur Auswertung des wellenlängenabhängigen Polarisationszustandes von Strahlung. Dazu wird ein Polarisationsgitter mit lithographisch hergestellten Mikrostrukturen sowie ein spektrales Ablenkgitter verwendet. Die US 5440390 A offenbart ein Polarimeter, das ein Lichtleitfaserbündel aufweist, dessen Einzelstrahlen unterschiedliche Polarisationswirkungen haben. Die zu analysierende Strahlung wird in das Lichtleitfaserbündel eingekoppelt und dann so auf ein 2D-Detektor geleitet, daß die Strahlung aus den Endflächen der Einzelfasern räumlich auflösbar ist. Aus der Intensitätsverteilung auf dem 2D-Detektor wird dann eine Aussage über den Polarisationszustand der eingekoppelten Strahlung abgeleitet. DE 19621512 A1 describes a polarimeter for evaluating the wavelength-dependent polarization state of radiation. For this purpose, a polarization grating with lithographically produced microstructures and a spectral deflection grating is used. US 5440390 A discloses a polarimeter comprising an optical fiber bundle whose individual beams have different polarization effects. The radiation to be analyzed is coupled into the optical fiber bundle and then passed to a 2D detector so that the radiation from the end faces of the individual fibers is spatially resolvable. From the intensity distribution on the 2D detector then a statement about the polarization state of the coupled radiation is derived.
Aus der US 2007/0229852 A1 ist ein Eilipsometer bekannt, das übliche Prismen als Polarisator im Beleuchtungsstrahlengang und als Analysator im Detektionsstrahlengang aufweist. Die DE 19547552 C1 betrifft das Gebiet der Luftraumüberwachung und offenbart eine Vorrichtung zur Bestimmung des Polarisationszustandes von Strahlung, die aus einem Halbraum an verschiedenen Bildelementen empfangen wird. Jedes Bildelement besteht aus mindestens drei nebeneinander angeordneten, unterschiedlichen Polarisationsfiltern. Die durch einen Polarisationsfilter gelaufene und polarisierte Strahlung wird dann über eine Lichtwellenleiter geleitet. Es gibt für jedes Bildelement drei Lichtwellenleiter. Alle Lichtwellenleiter werden dann in einem Eintrittsspalt eines Spektrometers längs des Spaltes nebeneinander angeordnet. US 2007/0229852 A1 discloses an ellipsometer which has conventional prisms as a polarizer in the illumination beam path and as an analyzer in the detection beam path. DE 19547552 C1 relates to the field of air surveillance and discloses a device for determining the polarization state of radiation received from a half-space at different picture elements. Each picture element consists of at least three different polarization filters arranged side by side. By a polarization filter passed and polarized radiation is then passed through an optical waveguide. There are three optical fibers for each pixel. All optical fibers are then arranged side by side in an entrance slit of a spectrometer along the gap.
Die US 6052188 offenbart ein spektroskopisch arbeitendes Ellipsometer der eingangs genannten Art, wobei im Strahlengang zum Eintrittspalt des Spektrometers Lichtleitfasern verwendet werden können. Die DE 1 0021378 A1 beschreibt ebenfalls ein Ellipsometer der eingangs genannten Art. Die an der Probe reflektierte Strahlung wird durch ein polarisierendes Wollaston-Prisma zur Filterung geleitet, so daß nach dem Prisma zwei Ausgangslichtstrahlen vorliegen, von denen einer s- polarisiert und der andere p-polarisiert ist. Diese beiden Strahlen werden dann mittels Kollimatoren in zwei Lichtleitfasern eingekoppelt und von dort zu einem Spektrometer geleitet. US 6052188 discloses a spectroscopically operating ellipsometer of the type mentioned, wherein optical fibers can be used in the beam path to the entrance slit of the spectrometer. The DE 1 0021378 A1 also describes an ellipsometer of the type mentioned. The radiation reflected at the sample is passed through a polarizing Wollaston prism for filtering, so that after the prism two output light beams are present, of which one polarized s and the other p is polarized. These two beams are then coupled by means of collimators in two optical fibers and passed from there to a spectrometer.
Die zwei letztgenannten Druckschriften offenbaren ein Ellipsometer mit einem Probenbeleuchtungsstrahlengang, der die Probe mit Beleuchtungsstrahlung bestimmter Polarisationen und Divergenz und unter einen bestimmten Winkel beleuchtet, einen Meßstrahlengang, der an der Probe reflektierte Beleuchtungsstrahlung als Reflexstrahlungsbündel aufsammelt und hinsichtlich spektraler Zusammensatzung und Polarisationszustand analysiert und dazu ein Spektrometer mit 2D-Detektor und eine Polarisationseinrichtung, die das Reflexstrahlungsbündel vor der spektralen Zerlegung abhängig vom Polarisationszustand räumlich filtert, umfaßt. In beiden Vorrichtungen ist im Meßstrahlengang eine Kollimatoreinrichtung vorgesehen, die das Reflexstrahlungsbündel in ein Lichtleitfaserbündel einkoppelt, welches Einzellichtfasern aufweist und das Reflexstrahlungsbündel zum Spektrometereingang leitet. Zur Erfassung flächiger Proben sind diese Ellipsometer jedoch nicht geeignet. The latter two publications disclose an ellipsometer having a sample illumination beam path which illuminates the sample with illumination radiation of certain polarizations and divergence and at a certain angle, a measurement beam path which collects illumination radiation reflected from the sample as a reflection beam and analyzes for spectral composition and polarization state and a spectrometer with 2D detector and a polarization device, which spatially filters the reflected radiation beam before the spectral decomposition depending on the polarization state includes. In both devices, a collimator device is provided in the measurement beam path, which couples the reflected radiation beam into an optical fiber bundle, which has individual light fibers and directs the reflected radiation beam to the spectrometer input. However, these ellipsometers are not suitable for recording areal samples.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ellipsometer der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß eine schnelle Analyse flächiger auch komplexerer Schichtsysteme möglich ist. Insbesondere sollte das Spektrometer in Produktionsprozessen unmittelbar eingesetzt werden können, also sogenannten In-Line-Fähigkeit haben. The invention has the object of developing an ellipsometer of the type mentioned in such a way that a rapid analysis of area even complex layer systems is possible. In particular, the spectrometer should be able to be used directly in production processes, so have so-called in-line capability.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Ellipsometer zur Untersuchung einer Probe, mit einem Beleuchtungsstrahlengang, der ausgebildet ist, die Probe mit Beleuchtungsstrahlung bestimmter Polarisation und Divergenz unter einem bestimmten Winkel zu beleuchten, einem Meßstrahlengang, der ausgebildet ist, an der Probe in einen Reflexwinkelbereich oder Reflexortsbereich reflektierte Beleuchtungsstrahlung als divergierendes Reflexstrahlungsbündel aufzusammeln und hinsichtlich spektraler Zusammensetzung und Polarisationszustand zu analysieren, wobei der Meßstrahlengang aufweist: ein Spektrometer, in das das Reflexstrahlungsbündel eingekoppelt ist und das das Reflexstrahlungsbündel spektral aufgliedert, einen im Spektrometer angeordneten 2D-Detektor und eine Polarisatoreinrichtung, die dem Detektor vorgeordnet ist, und die das Reflexstrahlungsbündel vor der spektralen Zerlegung abhängig vom Polarisationszustand räumlich filtert, wobei das Spektrometer einen längs erstreckten Eintrittsspalt aufweist, der Meßstrahlengang eine Einrichtung zum Sammeln, insbesondere einen Kollimator, aufweist, welche das Reflexstrahlenbündel aufsammelt und zum Eintrittsspalt des Spektrometer leitet, und das Spektrometer das Reflexstrahlungsbündel quer zur Ausbreitungsrichtung des Reflexstrahlungsbündels und quer zur Längserstreckung des Eintrittspaltes spektral zerlegt auf den Detektor lenkt, wobei die Polarisatoreinrichtung mehrere Gruppen, jeweils mit mehreren unterschiedlichen Polarisatoren, umfaßt, die jeweils das Reflexstrahlungsbündel hinsichtlich unterschiedlicher Polarisationszustände filtern, wobei die Gruppen wie auch die Polarisatoren in den Gruppen nebeneinander auf dem Eintrittsspalt oder im Eintrittsspalt des Spektrometers angeordnet sind, die Einrichtung zum Sammeln, das Reflexstrahlungsbündel abhängig vom Reflexwinkel oder Reflexort auf die Gruppen verteilt und so auf den Eintrittsspalt leitet, daß längs der Längserstreckung des Eintrittsspaltes der Reflexwinkel oder Reflexorte variiert. Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Eilipsometer zur Untersuchung einer Probe, mit einem Probenbeleuchtungsstrahlengang, der ausgebildet ist, die Probe mit Beleuchtungsstrahlung bestimmter Polarisation und Divergenz unter einem bestimmten Winkel zu beleuchten, einem Meßstrahlengang, der ausgebildet ist, an der Probe in einen Reflexwinkelbereich oder Reflexortsbereich reflektierte Beleuchtungsstrahlung als divergierendes Reflexstrahlungsbündel aufzusammeln und hinsichtlich spektraler Zusammensetzung und Polarisationszustand zu analysieren, wobei der Meßstrahlengang aufweist: ein Spektrometer, in das das Reflexstrahlungsbündel eingekoppelt ist und das das Reflexstrahlungsbündel spektral aufgliedert, einen im Spektrometer angeordneten 2D-Detektor und eine Polarisatoreinrichtung, die dem Detektor vorgeordnet ist, und die das Reflexstrahlungsbündel vor der spektralen Zerlegung abhängig vom Polarisationszustand räumlich filtert, wobei der Meßstrahlengang eine Einrichtung zum Sammeln, insbesondere einen Kollimator, aufweist, die das Reflexstrahlungsbündel in ein Lichtleitfaserbündel einkoppelt, das Lichtleitfaserbündel Einzellichtleitfasern aufweist, die längs einer Längserstreckung nebeneinanderliegend an einem Eingang des Spektrometers enden, und das Spektrometer das am Eingang zugeführte Reflexstrahlungsbündel quer zur Längserstreckung spektral zerlegt auf den Detektor lenkt, wobei die Polarisationseinrichtung durch eine polarisationsfilternde Eigenschaft der Einzellichtleiterfasern oder durch den Einzellichtleitfasern vor- oder nachgeordnete Polarisatoren verwirklicht ist, wobei die polarisationsfilternden Eigenschaften der Einzellichtleitfasern bzw. die Polarisatoren jeweils die Reflexstrahlung hinsichtlich unterschiedlicher Polarisationszustände filtern, wobei das Lichtleitfaserbündel mehrere Gruppen aus mindestens vier Einzellichtleitfasern aufweist und die Einrichtung zum Sammeln die Strahlung des Reflexstrahlungsbündels abhängig vom Reflexwinkel oder Reflexort auf die Gruppen verteilt. This object is achieved with an ellipsometer for examining a sample, with an illumination beam path, which is designed to illuminate the sample with illumination radiation of certain polarization and divergence at a certain angle, a Meßstrahlengang which is formed on the sample in a reflex angle range or Reflex area reflected illumination radiation as collecting and analyzing spectral composition and polarization state, wherein the measuring beam path comprises: a spectrometer into which the reflected radiation beam is coupled and which spectrally splits the reflection radiation beam, a 2D detector arranged in the spectrometer and a polarizer device which is arranged upstream of the detector, and spatially filtering the reflected radiation beam prior to spectral decomposition depending on the state of polarization, the spectrometer having an elongated entrance slit, the measuring beam path having means for collecting, in particular a collimator, collecting the reflected beam and directing it to the entrance slit of the spectrometer, and the spectrometer the reflection beam bundles spectrally dissected transversely to the propagation direction of the reflected radiation beam and transverse to the longitudinal extent of the entrance slit on the detector, wherein the di e polarizer device comprises a plurality of groups, each with a plurality of different polarizers, which each filter the reflected radiation beam with respect to different polarization states, the groups as well as the polarizers in the groups next to each other on the entrance slit or in the entrance slit of the spectrometer are arranged, the means for collecting, the Reflective radiation beam depending on the angle of reflection or reflex location distributed to the groups and so on the entrance slit that varies along the longitudinal extent of the entrance slit, the angle of reflection or reflex locations. The object is further achieved by an ellipsometer for examining a sample, with a sample illumination beam path, which is designed to illuminate the sample with illumination radiation of particular polarization and divergence at a certain angle, a measuring beam path, which is formed on the sample in a reflex angle range or Reflexionsbereich reflected illumination radiation as a divergent reflection beam bundle and analyze the spectral composition and polarization state, the Meßstrahlengang comprising: a spectrometer into which the reflected radiation beam is coupled and which spectrally splits the reflected radiation beam, arranged in a spectrometer 2D detector and a polarizer device, the Precedent detector, and spatially filters the reflected radiation beam before the spectral decomposition depending on the polarization state, wherein the Meßstrahlengang a means for S ammeln, in particular a collimator, which couples the reflected radiation beam in a Lichtleitfaserbündel, the Lichtleitfaserbündel Einzelellichtleitfasern having along a longitudinal extension adjacent to one another at an input of the spectrometer, and the spectrometer deflects the input at the input reflex beam bundled spectrally dissected to the longitudinal extent of the detector in which the polarization device is realized by a polarization-filtering property of the single-fiber fibers or by polarizers disposed upstream or downstream from the single-optical fibers, the polarization-filtering properties of the Einzellichtleitfasern or the polarizers each filter the reflection radiation with respect to different polarization states, wherein the optical fiber bundle comprises a plurality of groups of at least four Einzellichtleitfasern and distributes the means for collecting the radiation of the reflected radiation beam depending on the angle of reflection or reflex location on the groups.
Die Erfindung sieht also in einer ersten und einer zweiten Variante vor, die Reflexstrahlung spektral gefiltert und nach Reflexorten oder -winkeln aufgeteilt am Eingang des Spektrometers bereitzustellen. Arbeitet das Spektrometer mit einem herkömmlichen Eintrittsspalt, werden die Polarisatoren nebeneinander im Eintrittsspalt angeordnet, so daß die räumliche Trennung des Reflexstrahlungsbündels hinsichtlich der unterschiedlichen Polarisationszustände im Eintrittsspalt erfolgt. The invention thus provides, in a first and a second variant, for spectrally filtering the reflection radiation and for distributing it at reflex locations or angles at the input of the spectrometer. When the spectrometer operates with a conventional entrance slit, the polarizers are arranged side by side in the entrance slit, so that the spatial separation of the reflected beam with respect to the different polarization states in the entrance slit takes place.
Analoges erfolgt, falls das Spektrometer keinen herkömmlichen Eintrittsspalt hat, sondern Lichtleitfasern, deren Endflächen als Eintrittsspalt fungieren. Dann wird nach der Auskopplung aus den Lichtleitfasern bzw. vor der Einkopplung in die Lichtleitfasern oder sogar bei Ein-/Auskopplung die Polarisationsfilterung vorgenommen. The same happens if the spectrometer has no conventional entrance slit, but optical fibers whose end faces act as an entrance slit. Then, after the coupling out of the optical fibers or before the coupling into the optical fibers or even during coupling / decoupling the polarization filtering is performed.
Die Plazierung an dieser Stelle, d. h. am Eintrittsspalt bzw. am Spektrometereingang hat den Vorteil, daß im Inneren des Spektrometers keine Filter mehr angeordnet werden müssen. Streulicht oder Rückreflexe von solchen Filtern werden damit vermieden. Weiter ist die geometrische Zuordnung zwischen den Eintrittsspalt bzw. Spektrometereingang und der strukturierten Polarisatoreinrichtung, welche die mehreren Polarisatoren umfaßt, und dem Spektrum auf dem 2D-Detektor ideal. Eine etwaige Justierung der Polarisatoren hinsichtlich der Detektorpixel entfällt, da die spektrale Aufgliederung erst nach der räumlichen Trennung der unterschiedlichen Polarisationszustände erfolgt. The placement at this point, d. H. at the entrance slit or at the spectrometer input has the advantage that in the interior of the spectrometer filter no longer need to be arranged. Stray light or back reflections of such filters are thus avoided. Further, the geometric association between the entrance slit or spectrometer entrance and the structured polarizer means comprising the plurality of polarizers and the spectrum on the 2D detector is ideal. A possible adjustment of the polarizers with respect to the detector pixels is omitted, since the spectral breakdown takes place only after the spatial separation of the different polarization states.
Auch entfällt der große Aufwand, wie er im sogenannten Hypercube-System der US 2010/0004773 A1 anfällt, welche die räumliche Aufgliederung deutlich vor dem Spektrometereingang bzw. Eintrittsspalt vornimmt. Also eliminates the great expense incurred in the so-called Hypercube system of US 2010/0004773 A1, which makes the spatial breakdown significantly before the spectrometer entrance or entrance slit.
Im Falle der Erfindungsvariante, bei der Lichtleitfaserenden die Funktion des Eintrittsspaltes am Spektrometereingang übernehmen, sind im Lichtleitfaserbündel mehrere Gruppen von je mindestens vier Einzellichtleitfasern vorgesehen und die Einrichtung zum Sammeln (z. B. eine Kollimatoreinrichtung) ist so ausgebildet, daß sie die Reflexstrahlung abhängig von Reflexwinkel oder Reflexort auf die Gruppen verteilt. Jede Gruppe entspricht dann einem Spektrometerkanal, und das Spektrometer fächert die von einer Gruppe kommende Strahlung in eine Raumrichtung spektral auf. Die andere Raumrichtung ist dann den einzelnen Lichtleitfasergruppen zugeordnet und kodiert folglich den Reflexort bzw. den Reflexwinkel, je nach Ausgestaltung der Kollimatoreinrichtung. Dieser Ansatz ist analog für das Eilipsometer vorgesehen, das nicht auf eine Lichtleitfaseroptik eingeschränkt ist. Die Erfindung erreicht eine besondere Eignung des Eilipsometers zum Abtasten flächiger Proben durch mehrere Gruppen aus jeweils mindestens Lichtleitfasern bzw. mehreren Gruppen mit jeweils unterschiedlichen Polarisatoren, auf die durch die Einrichtung zum Sammeln die Reflexstrahlung abhängig von Reflexwinkel oder Reflexort verteilt wird. Eine solche Einrichtung zum Sammeln ist im Stand der Technik in keiner Weise angesprochen, erlaubt aber die schnelle Erfassung einer flächigen Probe mit dem Eilipsometer. In the case of the variant of the invention in which optical fiber ends take over the function of the entrance slit at the spectrometer input, several groups of at least four individual optical fibers are provided in the optical fiber bundle and the means for collecting (eg a collimator device) is designed such that it depends on the reflected radiation Reflection angle or reflex location distributed among the groups. Each group then corresponds to a spectrometer channel, and the spectrometer spectrally fans the radiation coming from a group into a spatial direction. The other spatial direction is then the individual Associated optical fiber groups and thus encodes the reflex location or the angle of reflection, depending on the design of the collimator. This approach is analogous to the ellipsometer, which is not limited to optical fiber optics. The invention achieves a particular suitability of the Eilipsometer for scanning flat samples by a plurality of groups of at least optical fibers or more groups, each with different polarizers, is distributed to the reflecting radiation by the means for collecting depending on the angle of reflection or Reflexort. Such a device for collecting is in no way addressed in the prior art, but allows the rapid detection of a flat sample with the ellipsometer.
Besonders einfach können die Polarisatoren dadurch realisiert werden, daß sie auf die eintritts- oder austrittsseitigen Endflächen der Einzellichtleitfasern aufgebracht werden, die dann natürlich vorzugsweise polarisationserhaltend ausgebildet sind, insbesondere, wenn größere Faserlichtwege vorliegen. Bei kurzen Fasern kann mitunter auf Polarisationserhaltung verzichtet werden. The polarizers can be realized in a particularly simple manner by being applied to the entry or exit-side end faces of the individual optical fibers, which are then of course preferably polarization-preserving, in particular if larger fiber light paths are present. With short fibers, polarization maintenance can sometimes be dispensed with.
Zusätzlich zu den unterschiedlich polarisierten Elementen des Reflexstrahlungsbündels ist es zweckmäßig, einen nicht polarisationsgefilterten Dunkel- und/oder einen Weißlichtkanal im Eintrittsspalt bzw. am Spektrometereingang vorzusehen, z. B. in jeder Gruppe einen Dunkel- und/oder Weißlichtkanal. Dies erlaubt eine permanente Dunkelmessung und/oder eine Weißreferenz und damit eine bessere Auswertung der Strahlung durch eine bessere Normierung der Intensität. Verwendet man für die Polarisatoren die Polarisationsrichtungen 0 °, 45°, 90 ° und zirkulär, läßt sich der gesamte Stokes-Vektor der Strahlung spektral zerlegt abbilden. In addition to the differently polarized elements of the reflected radiation beam, it is expedient to provide a non-polarization filtered dark and / or a white light channel in the entrance slit or at the spectrometer input, z. B. in each group a dark and / or white light channel. This allows a permanent dark measurement and / or a white reference and thus a better evaluation of the radiation by a better normalization of the intensity. If the polarization directions 0 °, 45 °, 90 ° and circular are used for the polarizers, the entire Stokes vector of the radiation can be spectrally decomposed.
Unter„Reflex" wird im Sinne der Beschreibung auch eine Streuung verstanden. Der Begriff ist also nicht auf eine spiegelnde Reflektion eingeschränkt. Grundsätzlich kann eine mitunter ausreichende Information über die Schicht auch aus einer Beleuchtung mit unpolarisierter Strahlung ableitbar sein. Unter Beleuchtungsstrahlung bestimmter Polarisation ist also auch unpolarisierte Strahlung zu verstehen. In the sense of the description, "reflex" is also understood to mean scattering, ie, the term is not restricted to a specular reflection. <br/> <br/> Basically sufficient information about the layer can also be derived from illumination with unpolarized radiation to understand also unpolarized radiation.
Um das Eilipsometer besonders an den Einsatz in einem Fertigungsprozeß für Schichten auszubilden, ist es vorteilhaft, dafür so sorgen, daß die Reflexintensität, welche erfaßt wird, möglichst justageunabhängig ist. Sie sollte sich also möglichst nicht ändern, wenn die Lage der Schicht variiert. Dies kann in einer ersten Variante besonders einfach dadurch erreicht werden, daß ein Beleuchtungsfleck beleuchtet wird, der sehr viel größer ist, als der erfaßte Meßfleck, in dem die Reflexionsstrahlung aufgesammelt wird. Analoges kann alternativ oder zusätzlich für die Apertur gelten. Durch den Größenunterschied ist sichergestellt, daß auch bei innerhalb gewisser Toleranzen variierender Lage der Schicht, insbesondere bei einer Verschiebung oder Verkippung der Schicht, der Meßfleck/Meßwinkelbereich immer einen Bereich erfaßt, der innerhalb des Beleuchtungsfleckes/Beleuchtungswinkelbereiches liegt. Natürlich ist auch ein invertierter Ansatz möglich, d. h. daß der Meßfleck/Meßwinkelbereich sehr viel größer ist, als der Beleuchtungsfleck/Beleuchtungswinkelbereich. Wesentlich für diesen Vorteil ist es also, daß zwischen Beleuchtungsfleck und Meßfleck ein Größen- und/oder Aperturunterschied besteht, der so gewählt ist, daß auch bei einer gewissen, vorbestimmten Variation der Lage der Schicht der kleinere Fleck/die größere Apertur vollständig innerhalb des größeren Fleckes/der kleineren Apertur bleibt. In einer zweiten Variante ist eine Nachführung vorgesehen. Über eine geeignete Meßeinrichtung wird die Lage des Eilipsometers im Raum und/oder zur zu vermessenden Schicht ermittelt und geregelt in eine Soll-Lage gegenüber der Schicht nachgeführt. In order to make the ellipsometer particularly suitable for use in a production process for layers, it is advantageous to ensure that the reflection intensity which is detected is as independent of adjustment as possible. It should not change as much as possible if the position of the layer varies. This can be achieved in a first variant particularly simply by illuminating a lighting spot which is much larger than the detected measuring spot in which the reflection radiation is collected. The same can apply alternatively or additionally for the aperture. The difference in size ensures that even when the layer varies within certain tolerances, in particular when the layer is shifted or tilted, the measuring spot / measuring angle range always detects an area which is within the illumination spot / illumination angle range. Of course, an inverted approach is also possible, that is, the measurement spot / measurement angle range is much larger than the illumination spot / illumination angle range. It is therefore essential for this advantage that there is a size and / or aperture difference between the illumination spot and the measuring spot, which is chosen so that even with a certain, predetermined variation of the position of the layer, the smaller spot / the larger aperture is completely within the larger one Stain / the smaller aperture remains. In a second variant, a tracking is provided. By means of a suitable measuring device, the position of the ellipsometer in the space and / or the layer to be measured is determined and regulated in a desired position relative to the layer tracked.
In einer dritten Variante kann bei der Bestimmung von Schichtparametern eine Korrektur vorgenommen werden, die die Lage des Eilipsometers im Raum und/oder zur Schicht berücksichtigt und etwaige Abweichungen von einer Soll-Lage zur Schicht ausgleicht, beispielsweise durch vorher bestimmte Korrekturwerte, die in einer Steuereinrichtung abgelegt sind. Natürlich ist auch hier eine Messung der Lage vorzusehen. Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen: In a third variant, in the determination of layer parameters, a correction can be made that takes into account the position of the ellipsometer in the space and / or the layer and compensates for any deviations from a desired position to the layer, for example by previously determined correction values in a control device are stored. Of course, a measurement of the situation is also provided here. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the specified combinations but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention. The invention will be explained in more detail for example with reference to the accompanying drawings, which also disclose characteristics essential to the invention. Show it:
Fig. 1 eine Schemadarstellung eines Eilipsometers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, 1 is a schematic representation of an ellipsometer according to a first embodiment of the invention,
Fig. 2 eine Schemadarstellung eines Spektrometerspalts des Eilipsometers der Fig. 1 ,2 is a schematic representation of a spectrometer gap of the ellipsometer of FIG. 1,
Fig. 3 eine Schemadarstellung der Aufspaltung der Polarisationsrichtungen für verschiedene Reflexwinkel oder Reflexorte in einem Eilipsometer ähnlich dem der Fig. 1 , Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Probe mit schematischer Darstellung von Beleuchtungs- und3 is a schematic representation of the splitting of the polarization directions for different angles of reflection or reflex locations in an ellipsometer similar to that of FIG. 1, FIG. Fig. 4 is a plan view of a sample with a schematic representation of lighting and
Deflektionsfleck, Deflektionsfleck,
Fig. 5 ein Eilipsometer einer weiteren Bauweise und Fig. 5 is an ellipsometer another construction and
Fig. 6 eine schematische Darstellung des Eingangs des Eilipsometers der Fig. 5 mit der Erzeugung von hinsichtlich der Polarisation unterschiedlichen Kanälen und  Fig. 6 is a schematic representation of the input of the ellipsometer of Fig. 5 with the generation of different polarization channels and
Fig. 7-9 Darstellungen ähnlich der Fig. 6 von unterschiedlich gestalteten Ellipsometereingängen.  Fig. 7-9 representations similar to Fig. 6 of differently shaped ellipsometer inputs.
Figur 1 zeigt schematisch ein Eilipsometer 1 a, das zum Vermessen einer Schicht 2 auf der Oberfläche einer Probe 3 ausgebildet ist. Das Eilipsometer 1 a hat einen Beleuchtungsstrahlengang 4 sowie einen Meßstrahlengang 5. Der Beleuchtungsstrahlengang 4 enthält eine breitbandige Quelle 3, die z. B. Licht, also Strahlung im sichtbaren Spektralbereich abgibt. Der Quelle 6 nachgeordnet ist ein Kollimator 7, der die Strahlung parallelisiert und an einen Polarisator 8 weiterleitet, welcher, wie in der Ellipsometrie bekannt, die Strahlung polarisiert. Über eine Beleuchtungsoptik 9 wird ein Bündel konvergierender Beleuchtungsstrahlung 10 erzeugt, mit dem die Schicht 2 der Probe 3 beleuchtet wird. Der Öffnungswinkel w der Beleuchtungsstrahlung 10 kann dabei vorzugsweise eingestellt werden, so daß die Größe des beleuchteten Fleckes auf der Schicht 2 der Probe 3 variiert werden kann. Da der Beleuchtungsstrahlengang 4, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, um einen Winkel a gegenüber der Normalen N auf die Schicht 2 gekippt ist, wird die Beleuchtungsstrahlung nach einer Wechselwirkung mit der Probe (beispielsweise Beugung an einer periodischen Struktur etc.) als divergierendes Reflexstrahlenbündel 1 1 an der Probe 3 und insbesondere deren Schicht 2 reflektiert. Das Reflexstrahlenbündel 1 1 wird von einem Kollimator 12 aufgesammelt, wobei der Öffnungswinkel, in dem der Kollimator das Reflexstrahlenbündel aufsammelt, mit u bezeichnet ist. In der Darstellung der Figur 1 ist der Meßstrahlengang 5 so angeordnet, daß er ein Reflexstrahlenbündel 1 1 aufnimmt, das einem Strahlenbündel entspricht, das bei rein spiegelnder Reflexion (also im wesentlichen Beugung nullter Ordnung) erzeugt werden würde. Dann entspricht der Öffnungswinkel u dem Öffnungswinkel w. Eine Variation dieser Parameter ist möglich, je nach Einstellung des Kollimators 7 im Beleuchtungsstrahlengang 4, des Kollimators 12 im Meßstrahlengang 5 und Eigenschaften der Probe (Streuung an Oberfläche). FIG. 1 schematically shows an ellipsometer 1 a, which is designed to measure a layer 2 on the surface of a sample 3. The ellipsometer 1 a has an illumination beam path 4 and a measuring beam 5. The illumination beam path 4 includes a broadband source 3, the z. B. light, that emits radiation in the visible spectral range. Downstream of the source 6 is a collimator 7, which parallelizes the radiation and passes it on to a polarizer 8, which, as known in ellipsometry, polarizes the radiation. An illuminating optics 9 generates a bundle of convergent illumination radiation 10 with which the layer 2 of the sample 3 is illuminated. The opening angle w of the illumination radiation 10 can preferably be adjusted so that the size of the illuminated spot on the layer 2 of the sample 3 can be varied. Since the illumination beam path 4, as can be seen from the drawing, is tilted onto the layer 2 by an angle a relative to the normal N, the illumination radiation, after an interaction with the sample (for example diffraction on a periodic structure, etc.), becomes a divergent reflection beam 1 1 reflected on the sample 3 and in particular its layer 2. The reflection beam 1 1 is collected by a collimator 12, wherein the opening angle at which the collimator collects the reflection beam is denoted by u. In the illustration of Figure 1, the measuring beam 5 is arranged so that it receives a reflected beam 1 1, which corresponds to a beam, which would be generated in purely specular reflection (ie substantially diffraction zero order). Then, the opening angle u corresponds to the opening angle w. A variation of these parameters is possible, depending on the setting of the collimator 7 in the illumination beam path 4, the collimator 12 in the measuring beam path 5 and properties of the sample (scattering on the surface).
Der Kollimator 12 leitet das aufgesammelte Reflexstrahlenbündel zu einem Spektrometer 13. Dieses Spektrometer 13 verfügt über ein auffächerndes Element 14, welches die detektierte Strahlung spektral auffächert, wie noch erläutert werden wird. Die Strahlung wird dann auf einem zweidimensionalen Detektor 15 nachgewiesen. Das Spektrometer 13 verfügt über eine Eintrittsspaltblende 16, die in Figur 2 schematisch dargestellt ist. Die Eintrittsspaltblende 16 erstreckt sich entlang einer Längsrichtung L und definiert einen Eintrittsspalt, wie er für Spektrometer gemeinhin bekannt ist. Auf dem Eintrittsspalt, d. h. auf der Eintrittsspaltblende 1 6 sind nun längs der Richtung L zwei Gruppen G1 , G2 mit jeweils vier Polarisatoren 1 8 bis 21 angeordnet, welche die zugeführte Strahlung unterschiedlich hinsichtlich der Polarisation filtern, nämlich in den Polarisationsrichtungen 0° (Polarisator 1 8), 45° (Polarisator 19), 90° (Polarisator 20) sowie zirkulär (Polarisator 21 ). Jeder Polarisator läßt also nur die entsprechende Polarisationsrichtung passieren. Der Eintrittsspalt wird also durch die Polarisatoreinrichtung 17, welche durch die am Eintrittsspalt 21 angeordneten Polarisatoren realisiert ist, längs der Richtung L räumlich in zwei Gruppen mit jeweils vier Polarisationsarten unterteilt. Darauf ist das auffächernde Element 14 so eingerichtet, daß es zum einen die übliche spektrale Auffächerung durchführt. Dies ist schematisch in Figur 3 durch die Auffächerungsrichtung„lambda" symbolisiert. Quer zu dieser Richtung bewirkt die Polarisationseinrichtung 17 eine derartige Aufteilung, daß durch die Polarisatoren 18 bis 21 definierten Gruppen wiederholt werden. Diese Wiederholung der Gruppen wird durch den Kollimator 12 bewirkt, der dafür sorgt, daß ein größerer Bereich der Schicht 2 der Probe 2 hinsichtlich Reflexionen abgetastet wird. Die Strahlung, welche längs der Richtung L an der Eintrittspaltblende 16 in Form des Reflexstrahlenbündels 1 1 vorliegt, ist also längs der Richtung L entweder hinsichtlich der Reflexorte oder hinsichtlich der Reflexionswinkel aufgegliedert. Eine Aufgliederung gemäß den Reflexorten wird dann erreicht, wenn der auf der Schicht 2 erfaßte Bereicht sich längs einer Richtung erstreckt, die in Figur 1 senkrecht zur Zeichenebene liegt. Eine Aufgliederung nach Reflexionswinkeln erhält man, wenn der erfaßte Bereich um 90° dazu gedreht ist, so daß er in der Schnittebene der Figur 1 und senkrecht zur Normalen N verläuft. The collimator 12 directs the collected reflection beam to a spectrometer 13. This spectrometer 13 has a fan-out element 14, which spectrally fanned the detected radiation, as will be explained. The radiation is then detected on a two-dimensional detector 15. The spectrometer 13 has an entrance slit 16, which is shown schematically in FIG. The entrance slit 16 extends along a longitudinal direction L and defines an entrance slit commonly known to spectrometers. On the entrance slit, ie on the entrance slit diaphragm 6, two groups G1, G2 with four polarizers 18 to 21 are now arranged along the direction L, which filter the supplied radiation differently with respect to the polarization, namely in the polarization directions 0 ° (polarizer 1 8), 45 ° (polarizer 19), 90 ° (polarizer 20) and circular (polarizer 21). Each polarizer can thus only pass the corresponding polarization direction. The entrance slit is thus divided by the polarizer 17, which is realized by the arranged at the entrance slit 21 polarizers, along the direction L spatially divided into two groups each having four polarization types. Then the fanning-out element 14 is set up in such a way that on the one hand it carries out the usual spectral fanning. This is schematically symbolized by the fan-out direction "lambda" in Figure 3. Transverse to this direction, the polarizer 17 effects such a division that groups defined by the polarizers 18 to 21 are repeated ensures that a larger area of the layer 2 of the sample 2 is scanned with respect to reflections The radiation which is present along the direction L at the entrance slit 16 in the form of the reflection beam 1 1 is thus along the direction L either with respect to the reflex locations or A breakdown according to the reflex locations is achieved when the region detected on the layer 2 extends along a direction perpendicular to the plane of the drawing in Figure 1. A breakdown by reflection angles is obtained when the detected region is around 90 ° turned to it, so that i n of the sectional plane of Figure 1 and perpendicular to the normal N runs.
Die Orts- bzw. Winkelauflösung ist durch die Abmessung einer der Gruppen längs der Richtung L gegeben. Zwar zeigt Figur 2 lediglich exemplarisch zwei Gruppen G1 und G2, jedoch kann und wird in den meisten Ausführungsformen eine höhere Anzahl an Gruppen verwendet werden. The spatial or angular resolution is given by the dimension of one of the groups along the direction L. Although FIG. 2 merely shows two groups G1 and G2 by way of example, a larger number of groups can and will be used in most embodiments.
Das ist in Figur 3 durch Gruppen G1 , G2, G3 und Gn veranschaulicht, wobei das Bezugszeichen Gn veranschaulichen soll, daß die Zahl der Wiederholungen nicht auf vier beschränkt ist, sondern durchaus beliebig höher oder geringer gewählt werden kann. Durch die Ausbildung des Kollimators 12 und der Polarisationseinrichtung 17 sind dabei die Gruppen G1 bis Gn unterschiedlichen Reflexionswinkeln zugeordnet, d. h. stammen aus unterschiedlichen Bereichen innerhalb des Öffnungswinkels u. Alternativ können die Gruppen G1 bis Gn auch verschiedenen Orten auf der Probe 2 zugeordnet sein. Diese Zuordnung wird durch geeignete Ausbildung des Kollimators 12 erreicht. This is illustrated in Figure 3 by groups G1, G2, G3 and Gn, wherein the reference Gn is to illustrate that the number of repetitions is not limited to four, but quite any higher or lower can be selected. Due to the design of the collimator 12 and the polarization device 17, the groups G1 to Gn are assigned to different reflection angles, ie originate from different regions within the opening angle u. Alternatively, the groups G1 to Gn may also be assigned to different locations on the sample 2. This assignment is achieved by suitable design of the collimator 12.
Um das Eilipsometer besonders an die Vermessung von Schichten anzupassen, die in einem Fertigungsprozeß hergestellt werden, ist es zweckmäßig, dafür zu sorgen, daß die Reflexintensität möglichst justageunabhängig ist, sich also möglichst nicht ändert, wenn die Lage der Schicht 2 längs der Normalen N variiert. Dies kann besonders einfach dadurch erreicht werden, daß, wie in Figur 4 dargestellt, die Beleuchtungsstrahlung 10 einen Beleuchtungsfleck 32 beleuchtet, der sehr viel größer ist, als der vom Kollimator 12 erfaßte Meßfleck 33. Figur 4 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die Schicht 2. Für den Meßfleck 33 ist schematisch die Unterteilung in die einzelnen Flecke dargestellt, die den Polarisatoren an der Eintrittsspaltblende zugeordnet sind. Dadurch, daß der Beleuchtungsfleck 32 räumlich eine Ausdehnung hat, die größer ist, als die des Meßflecks 33, kann auch bei innerhalb gewisser Toleranzen variierender Lage der Schicht, insbesondere bei einer Verschiebung der Schicht 2 längs der Normalen N, sichergestellt werden, daß der Meßfleck 33 immer einen Bereich erfaßt, der innerhalb des Beleuchtungsfleckes 32 liegt. In order to adapt the ellipsometer particularly to the measurement of layers which are produced in a manufacturing process, it is expedient to ensure that the reflection intensity is as independent of adjustment as possible, that is, if possible, does not change if the position of the layer 2 varies along the normal N. , This can be achieved particularly simply by illuminating a lighting spot 32, which is much larger than the measuring spot 33 detected by the collimator 12, as illustrated in FIG. 4. FIG. 4 schematically shows a plan view of the layer 2. For the measuring spot 33, the division into the individual spots is shown schematically, which are assigned to the polarizers at the entrance slit diaphragm. Due to the fact that the illumination spot 32 has a spatial extent which is greater than that of the measuring spot 33, it is possible to ensure that the measuring spot even when the position of the layer varies within certain tolerances, in particular when the layer 2 is displaced along the normal N 33 always detects an area that lies within the illumination spot 32.
Natürlich ist auch ein invertierter Ansatz möglich, d. h. daß der Meßfleck 33 sehr viel größer ist, als der Beleuchtungsfleck 32, so daß die Beleuchtungsintensität innerhalb des Meßflecks 33 konstant bleibt, auch wenn die Schicht 2 hinsichtlich ihrer Lage variiert. Wesentlich für diesen Vorteil ist also, daß zwischen Beleuchtungsfleck 32 und Meßfleck 33 ein Größenunterschied besteht, der so gewählt ist, daß auch bei einer Variation der Lage der Schicht 2 innerhalb vorgegebener Grenzen, der kleinere Fleck vollständig innerhalb des größeren Fleckes liegt. Of course, an inverted approach is possible, d. H. that the measuring spot 33 is much larger than the illumination spot 32, so that the illumination intensity within the measuring spot 33 remains constant, even if the layer 2 varies in their position. Essential for this advantage is therefore that between illumination spot 32 and measuring spot 33 there is a difference in size, which is chosen so that even with a variation of the position of the layer 2 within predetermined limits, the smaller spot is completely within the larger spot.
Figur 5 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Eilipsometers 1 b, das sich hinsichtlich des Beleuchtungsstrahlenganges nicht relevant von dem Eilipsometer 1 a unterscheidet. Die Unterschiede liegen im Aufsammeln des Reflexstrahlenbündels 1 1 und der Ausgestaltung des Spektrometers begründet. FIG. 5 shows an alternative embodiment of an ellipsometer 1b, which does not differ with respect to the illuminating beam path from the ellipsometer 1a. The differences are due to the collection of the reflection beam 1 1 and the design of the spectrometer.
Der Kollimator 12 des Eilipsometers 1 a ist durch einen Faserkoppler 22 ersetzt, der das Reflexstrahlenbündel 1 1 in eine Lichtleitfaserbündel 23 einkoppelt, das mindestens eine Gruppe aus vier Einzellichtleitfasern aufweist. Das Lichtleitfaserbündel 23 führt das aufgesammelte Reflexstrahlenbündel 1 1 zum Spektrometer 24. Dieses weist nun keinen herkömmlichen Eintrittsspalt auf, sondern einen Eingang, in dem die Einzellichtleitfasern des Lichtleitfaserbündels nebeneinander liegen. Figur 6 zeigt eine Draufsicht auf den Eingang 31 . Die Einzellichtleitfasern sind zu Gruppen zusammengefaßt, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils aus vier Einzellichtleitfasern bestehen. Die Enden dieser Einzellichtleitfasern sind mit Polarisatoren 27 bis 30 versehen. Die Gruppen G1 bis Gn liegen nebeneinander, und das auffächernde Element 25 des Spektrometers 24 fächert die derart zugeführte Strahlung spektral auf, so daß im Ergebnis wieder das in Figur 3 dargestellte Feld auf dem zweidimensionalen Detektor erreicht ist. The collimator 12 of the ellipsometer 1 a is replaced by a fiber coupler 22, which couples the reflection beam 1 1 in an optical fiber bundle 23 having at least one group of four Einzelellichtleitfasern. The optical fiber bundle 23 carries the collected reflection beam 1 1 to the spectrometer 24. This now has no conventional entrance slit, but an input in which the Einzellichtleitfasern the optical fiber bundle are adjacent. FIG. 6 shows a plan view of the entrance 31. The Einzelellichtleitfasern are grouped together, each consisting of four Einzelellichtleitfasern in the present embodiment. The ends of these Einzelellichtleitfasern are provided with polarizers 27 to 30. The groups G1 to Gn are juxtaposed, and the fan-out element 25 of the spectrometer 24 fans out like this supplied spectrally on, so that in the result again the field shown in Figure 3 is achieved on the two-dimensional detector.
Die Zuordnung der Gruppen G1 bis Gn zu unterschiedlichen Auftrefforten bzw. Winkeln wird nun nicht vom Kollimator, sondern vom Faserkoppler 22 vorgenommen, der dafür sorgt, daß die Reflexstrahlung aus unterschiedlichen Reflexwinkeln innerhalb des Winkelbereichs u bzw. die Reflexstrahlung von unterschiedlichen Orten auf die verschiedenen Gruppen von Einzellichtleitfasern im Lichtleitfaserbündel 23 verteilt wird. Ansonsten gilt das zuvor zum Eilipsometer 1 a gesagte sinngemäß. The assignment of the groups G1 to Gn at different points of incidence or angles is now performed not by the collimator, but by the fiber coupler 22, which ensures that the reflection radiation from different angles of reflection within the angle range u or the reflection radiation from different locations on the different groups is distributed by Einzelellichtleitfasern in the optical fiber bundle 23. Otherwise, the previously said to Eilipsometer 1 a mutatis mutandis.
Die Polarisatoren auf den Austrittsendflächen der Einzellichtleitfasern vorzusehen, ist natürlich nur eine von mehreren Möglichkeiten. Prinzipiell können die Polarisatoren auch auf den Eintrittsflächen der Einzellichtleitfasern vorgesehen werden oder die Einzellichtleitfasern können selbst entsprechende polarisationsfilternde Eigenschaft haben. Of course, providing the polarizers on the exit end faces of the single-fiber fibers is just one of several possibilities. In principle, the polarizers can also be provided on the entry surfaces of the individual optical fibers, or the individual optical fibers themselves can have corresponding polarization-filtering properties.
Die Verwendung eines Lichtleitfaserbündels 23 erlaubt es, die Zusammenfassung der Gruppen auch so vorzunehmen, daß in vier Gruppen G1 bis G4 jeweils die Lichtleitfasern eines Polarisationstyps zusammengefaßt werden. Dies ist schematisch in Figur 7 dargestellt. Die Einzellichtleitfasern 27 bis 30 der Gruppe G1 führen also alle Reflexstrahlung, die auf einem Polarisationswinkel vom 0° gefiltert wird. Sie unterscheiden sich untereinander durch den Reflexort oder den Reflexwinkel, dem sie zugeordnet sind. Analoges gilt für die Lichtleitfasern G2 bis G4. Dieser Ansatz hat den Vorteil, daß geringere Störungen durch Übersprechung zwischen den Einzelkanälen auftreten. Ebenfalls zu geringerem Übersprechen führt die Bauweise der Figur 8, bei der zwischen zwei Gruppen G1 bis Gn, die sich hinsichtlich des Reflexortes oder Reflexwinkels unterscheiden, ein zusätzlicher Spalt 34 vorgesehen ist. The use of an optical fiber bundle 23 also makes it possible to combine the groups in such a way that the optical fibers of one polarization type are combined into four groups G1 to G4. This is shown schematically in FIG. The Einzelellichtleitfasern 27 to 30 of the group G1 thus carry all the reflection radiation, which is filtered at a polarization angle of 0 °. They differ from each other by the reflex location or the angle of reflection to which they are assigned. The same applies to the optical fibers G2 to G4. This approach has the advantage that less interference by crosstalk between the individual channels occur. Also leads to less crosstalk, the construction of Figure 8, in which an additional gap 34 is provided between two groups G1 to Gn, which differ with respect to the reflex location or angle of reflection.
Figur 9 zeigt schematisch, daß die Aufteilung der Strahlung aus den Einzellichtleitfasern nicht nur darauf beschränkt ist, daß die Strahlung eine Einzellichtleitfaser hinsichtlich genau eines Polarisationszustandes gefiltert wird. Figur 9 zeigt exemplarisch ein Lichtleitfaserbündel 23, das aus vier Einzellichtleitfasern 35 besteht, deren Strahlung jeweils durch vier Einzelpolarisatoren 27, 28, 29, 30 gefiltert wird. Die Strahlung aus einer Einzellichtleitfaser 35 entspricht also einer Gruppe G1 bis Gn und führt Strahlung, die hinsichtlich eines Reflexortes oder eines Reflexwinkels aufgenommen wurde. Die Figuren 1 bis 8 zeigen also Bauweisen, bei denen innerhalb einer Ortsauflösungszelle oder einer Winkelauflösungszelle vier Einzellichtleitfasern verwendet werden. In Figur 9 wird eine Einzellichtleitfaser verwendet. Andere Aufgliederungen sind gleichermaßen möglich. FIG. 9 shows diagrammatically that the distribution of the radiation from the individual optical fibers is not restricted solely to the fact that the radiation of a single optical fiber is filtered with respect to exactly one polarization state. FIG. 9 shows by way of example an optical fiber bundle 23 which consists of four individual optical fibers 35 whose radiation is filtered by four individual polarizers 27, 28, 29, 30. The radiation from a single optical fiber 35 thus corresponds to a group G1 to Gn and carries radiation which was recorded with respect to a reflex location or an angle of reflection. FIGS. 1 to 8 thus show construction methods in which four individual optical fibers are used within one spatial resolution cell or one angular resolution cell. In Figure 9, a Einzelellichtleitfaser is used. Other breakdowns are equally possible.
Die Signale des Detektors wie Information über die entsprechenden Winkeleinstellungen des Spektrometers 1 a bzw. 1 b werden einem nicht weiter erläuterten Steuergerät zugeführt, das die eingangs erwähnte Simulation zur Schichtanalyse durchführt. Das beschriebene Eilipsometer 1 a bzw. 1 b erlaubt dadurch verschiedenste Betriebsweisen. So kann beispielsweise die Beleuchtungsstrahlung längs einer Linie mit kleiner numerischer Apparatur durchgeführt werden. Die Detektion erfaßt dann den spekularen Reflex als Funktion des Ortes, d. h. die genannten Gruppen G1 bis Gn geben die Ortsabhängigkeit der aufgezeichneten Spektren wieder. The signals of the detector as information about the corresponding angular settings of the spectrometer 1 a and 1 b are supplied to a not further explained control unit, which performs the above-mentioned simulation for layer analysis. The described ellipsometer 1 a or 1 b thereby allows a variety of operations. Thus, for example, the illumination radiation can be carried out along a line with a small numerical apparatus. The detection then detects the specular reflex as a function of location, i. H. the mentioned groups G1 to Gn represent the location dependency of the recorded spectra.
In einer konoskopischen Spektralellipsometrie wird breitbandig, mit hoher numerischer Apparatur an einem Punkt beleuchtet. Die Reflexe werden dann als Funktion des Winkels und natürlich der Wellenlänge detektiert, so daß die genannten Gruppen G1 bis Gn die Winkelabhängigkeit der spektral aufgegliederten Reflexstrahlung wiedergibt. Dieses System eignet sich besonders für die Analyse komplexer Multischichten, wohingegen die vorher genannte Betriebsweise sich insbesondere für die Überprüfung hergestellter Dünnschichten im Produktionsprozeß anbietet. Detektiert man bei der konoskopischen Spektralellipsometrie nicht den spekularen Reflex, sondern Streulicht, läßt sich mit dieser Variante eine Analyse mikrostrukturierter Schichtsysteme durchführen. In a conoscopic spectral ellipsometry is illuminated broadband, with high numerical apparatus at one point. The reflections are then detected as a function of the angle and, of course, of the wavelength, so that the said groups G1 to Gn represent the angular dependence of the spectrally resolved reflection radiation. This system is particularly suitable for the analysis of complex multilayers, whereas the aforesaid mode of operation is particularly suitable for the inspection of produced thin films in the production process. If one does not detect the specular reflex in conoscopic spectral ellipsometry but scattered light, an analysis of microstructured layer systems can be carried out with this variant.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Eilipsometer zur Untersuchung einer Probe (2, 3), mit 1 . Eilipsometer for the examination of a sample (2, 3), with
- einem Beleuchtungsstrahlengang (4), der ausgebildet ist, die Probe (2, 3) mit Beleuchtungsstrahlung (10) bestimmter Polarisation und Divergenz (w) unter einem bestimmten Winkel (a) zu beleuchten, - an illumination beam path (4), which is designed to illuminate the sample (2, 3) with illumination radiation (10) of specific polarization and divergence (w) at a certain angle (a),
einem Meßstrahlengang (5), der ausgebildet ist, an der Probe (2, 3) in einen Reflexwinkelbereich (u) oder Reflexortsbereich reflektierte Beleuchtungsstrahlung (10) als divergierendes Reflexstrahlungsbündel (1 1 ) aufzusammeln und hinsichtlich spektraler Zusammensetzung und Polarisationszustand zu analysieren, wobei der Meßstrahlengang (5) aufweist:  a Meßstrahlengang (5), which is formed on the sample (2, 3) in a reflex angle range (u) or Reflexortsbereich reflected illumination radiation (10) as divergent reflected radiation beam (1 1) to collect and analyze with respect to spectral composition and polarization state, the Measuring beam path (5) has:
ein Spektrometer (13), in das das Reflexstrahlungsbündel (1 1 ) eingekoppelt ist und das das Reflexstrahlungsbündel (1 1 ) spektral aufgliedert,  a spectrometer (13), in which the reflected radiation beam (1 1) is coupled and which spectrally splits the reflected radiation beam (1 1),
- einen im Spektrometer (13) angeordneten 2D-Detektor (15) und - In the spectrometer (13) arranged 2D detector (15) and
eine Polarisatoreinrichtung, die dem Detektor (15) vorgeordnet ist, und die das Reflexstrahlungsbündel (1 1 ) vor der spektralen Zerlegung abhängig vom Polarisationszustand räumlich filtert, wobei  a polarizer device which is arranged upstream of the detector (15) and which spatially filters the reflected radiation beam (1 1) before the spectral decomposition depending on the polarization state, wherein
das Spektrometer (13) einen längs erstreckten Eintrittsspalt (17) aufweist,  the spectrometer (13) has an elongate entrance slit (17),
- der Meßstrahlengang (5) eine Einrichtung zum Sammeln (12) aufweist, welche das Reflexstrahlenbündel (1 1 ) aufsammelt und zum Eintrittsspalt (17) des Spektrometer (13) leitet, und - The Meßstrahlengang (5) comprises a means for collecting (12), which collects the reflection beam (1 1) and leads to the entrance slit (17) of the spectrometer (13), and
das Spektrometer (13) das Reflexstrahlungsbündel (1 1 ) quer zur Ausbreitungsrichtung des Reflexstrahlungsbündels (1 1 ) und quer zur Längserstreckung des Eintrittspaltes (1 7) spektral zerlegt auf den Detektor (15) lenkt,  the spectrometer (13) deflects the reflected radiation beam (1 1) across the propagation direction of the reflected radiation beam (1 1) and across the longitudinal extent of the entrance slit (1 7) spectrally dissected onto the detector (15),
dadurch gekennzeichnet, daß characterized in that
die Polarisatoreinrichtung mehrere Gruppen (G1 -Gn), jeweils mit mehreren unterschiedlichen Polarisatoren (18-21 ), umfaßt, die jeweils das Reflexstrahlungsbündel (1 1 ) hinsichtlich unterschiedlicher Polarisationszustände filtern, wobei die Gruppen (G1 -Gn) wie auch die Polarisatoren (18-21 ) in den Gruppen (G1 -Gn) nebeneinander auf dem Eintrittsspalt (17) oder im Eintrittsspalt (17) des Spektrometers (15) angeordnet sind the polarizer device comprises a plurality of groups (G1 -Gn), each with a plurality of different polarizers (18-21), each of which filter the reflected radiation beam (1 1) with respect to different polarization states, wherein the groups (G1 -Gn) as Also, the polarizers (18-21) in the groups (G1 -Gn) are arranged side by side on the entrance slit (17) or in the entrance slit (17) of the spectrometer (15)
die Einrichtung zum Sammeln (12) das Reflexstrahlungsbündel (1 1 ) abhängig vom Reflexwinkel oder Reflexort auf die Gruppen (G1 -Gn) verteilt und so auf den Eintrittsspalt (17) leitet, daß längs der Längserstreckung des Eintrittsspaltes (17) der Reflexwinkel oder Reflexorte variiert.  the means for collecting (12) the reflected radiation beam (1 1) depending on the angle of reflection or reflection on the groups (G1 -Gn) distributed and so on the entrance slit (17) directs that along the longitudinal extent of the entrance slit (17) of the angle of reflection or reflex locations varied.
2. Eilipsometer zur Untersuchung einer Probe (2, 3), mit 2. Eilipsometer to examine a sample (2, 3), with
einem Probenbeleuchtungsstrahlengang (4), der ausgebildet ist, die Probe (2, 3) mit Beleuchtungsstrahlung (10) bestimmter Polarisation und Divergenz (w) unter einem bestimmten Winkel (a) zu beleuchten,  a sample illumination beam path (4) which is designed to illuminate the sample (2, 3) with illumination radiation (10) of specific polarization and divergence (w) at a specific angle (a),
einem Meßstrahlengang (5), der ausgebildet ist, an der Probe (2, 3) in einen Reflexwinkelbereich (u) oder Reflexortsbereich reflektierte Beleuchtungsstrahlung (10) als divergierendes Reflexstrahlungsbündel (1 1 ) aufzusammeln und hinsichtlich spektraler Zusammensetzung und Polarisationszustand zu analysieren, wobei der Meßstrahlengang (5) aufweist:  a Meßstrahlengang (5), which is formed on the sample (2, 3) in a reflex angle range (u) or Reflexortsbereich reflected illumination radiation (10) as divergent reflected radiation beam (1 1) to collect and analyze with respect to spectral composition and polarization state, the Measuring beam path (5) has:
ein Spektrometer (24), in das das Reflexstrahlungsbündel (1 1 ) eingekoppelt ist und das das Reflexstrahlungsbündel (1 1 ) spektral aufgliedert,  a spectrometer (24), in which the reflected radiation beam (1 1) is coupled and which spectrally splits the reflected radiation beam (1 1),
einen im Spektrometer (24) angeordneten 2D-Detektor (26) und  a in the spectrometer (24) arranged 2D detector (26) and
- eine Polarisatoreinrichtung, die dem Detektor (26) vorgeordnet ist, und die das Reflexstrahlungsbündel (1 1 ) vor der spektralen Zerlegung abhängig vom Polarisationszustand räumlich filtert, a polarizer device which is arranged upstream of the detector (26) and which spatially filters the reflection radiation beam (1 1) before the spectral decomposition depending on the polarization state,
wobei in which
der Meßstrahlengang (5) eine Einrichtung zum Sammeln (22) aufweist, die das Reflexstrahlungsbündel (1 1 ) in ein Lichtleitfaserbündel (23) einkoppelt,  the measuring beam path (5) has a device for collecting (22) which couples the reflected radiation beam (1 1) into an optical fiber bundle (23),
das Lichtleitfaserbündel (23) Einzellichtleitfasern aufweist, die längs einer Längserstreckung nebeneinanderliegend an einem Eingang (31 ) des Spektrometers (24) enden, und  the optical fiber bundle (23) comprises Einzelellichtleitfasern which end along a longitudinal extent adjacent to one another at an input (31) of the spectrometer (24), and
das Spektrometer (24) das am Eingang (31 ) zugeführte Reflexstrahlungsbündel (1 1 ) quer zur Längserstreckung spektral zerlegt auf den Detektor (15) lenkt,  the spectrometer (24) guides the reflected radiation bundle (1 1), which is supplied spectrally disassembled transversely to the longitudinal extent, at the input (31) to the detector (15),
wobei die Polarisationseinrichtung durch eine polarisationsfilternde Eigenschaft der Einzellichtleiterfasern oder durch den Einzellichtleitfasern vor- oder nachgeordnete Polarisatoren (27-30) verwirklicht ist, wobei die polarisationsfilternden Eigenschaften der Einzellichtleitfasern bzw. die Polarisatoren (27-30) jeweils die Reflexstrahlung (1 1 ) hinsichtlich unterschiedlicher Polarisationszustände filtern,  wherein the polarization device by a polarization-filtering property of the individual optical fibers or by the Einzelellichtleitfasern upstream or downstream polarizers (27-30) is realized, wherein the polarization-filtering properties of the Einzelellichtleitfasern or the polarizers (27-30) respectively the reflection radiation (1 1) with respect to different Filter polarization states,
dadurch gekennzeichnet, daß characterized in that
das Lichtleitfaserbündel (23) mehrere Gruppen (G1 -Gn) aus mindestens vier Einzellichtleitfasern aufweist und die Einrichtung zum Sammeln (22) die Strahlung des Reflexstrahlungsbündels (1 1 ) abhängig vom Reflexwinkel oder Reflexort auf die Gruppen (G1 -Gn) verteilt. the optical fiber bundle (23) has a plurality of groups (G1 -Gn) of at least four Einzelellichtleitfasern and the means for collecting (22) the radiation of the reflected radiation beam (1 1) depending on the angle of reflection or reflex location on the groups (G1 -Gn) distributed.
3. Eilipsometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelfasern Lichtleitfasern sind, auf deren eine Endfläche ein Polarisator aufgebracht ist, wobei die3. Eilipsometer according to claim 2, characterized in that the individual fibers are optical fibers, on whose end face a polarizer is applied, wherein the
Lichtleitfasern vorzugsweise polarisationserhaltend sind. Optical fibers are preferably polarization maintaining.
4. Eilipsometer nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich mindestens ein nicht polarisationsgefilterter Dunkel- und ein Weißlichtkanal im Eintrittsspalt (17) bzw. am Spektrometereingang (31 ) vorgesehen ist. 4. Eilipsometer according to one of the above claims, characterized in that in addition at least one non-polarization filtered dark and a white light channel in the entrance slit (17) or at the Spektrometereingang (31) is provided.
5. Eilipsometer nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisatoren (1 8-21 ; 27-30) bzw. polarisationsfilternden Einzellichtfasern einen ersten linearen Polarisationszustand, einen zweiten, dazu orthogonalen linearen Polarisationszustand, einen dritten, im Winkel von 45° zum ersten Polarisationszustand liegenden linearen Polarisationszustand und einen zirkulären Polarisationszustand filtern. 5. Eilipsometer according to one of the above claims, characterized in that the polarizers (1 8-21; 27-30) or polarization-filtering individual light fibers a first linear polarization state, a second orthogonal to linear polarization state, a third, at an angle of 45 ° to filter the first polarization state linear polarization state and a circular polarization state.
6. Eilipsometer nach Anspruch 2 oder einem der obigen Ansprüche in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einzellichtleitfaser ein Multipolarisationsfilter nachgeordnet ist, das längs der Längserstreckung nebeneinanderliegende unterschiedliche Polarisationszustände filternde Einzelpolarisatoren aufweist. 6. Eilipsometer according to claim 2 or one of the above claims in conjunction with claim 2, characterized in that each Einzellichtleitfaser a multipolarization filter is arranged downstream, which has along the longitudinal extent adjacent different polarization states filtering Einzelpolarisatoren.
7. Eilipsometer nach Anspruch 2 oder einem der obigen Ansprüche in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den mehreren Gruppen (G1 -Gn) jeweils ein zusätzlicher Spalt vorgesehen ist. 7. Eilipsometer according to claim 2 or one of the above claims in conjunction with claim 2, characterized in that between the plurality of groups (G1 -Gn) each have an additional gap is provided.
8. Eilipsometer nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsstrahlung (4) einen Orts- oder Winkelbereich beleuchtet, der größer oder kleiner als der Reflexwinkelbereich (u) oder der Reflexortsbereich ist, von dem der Meßstrahlengang (5) das Reflexstrahlungsbündel (1 1 ) aufnimmt. 8. Eilipsometer according to one of the above claims, characterized in that the illumination radiation (4) illuminates a location or angular range which is greater or smaller than the reflex angle range (u) or the Reflexortsbereich, of which the Meßstrahlengang (5) the reflected radiation beam ( 1 1) receives.
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