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Dokumentenidentifikation DE102004012134B4 29.06.2006
Titel Ellipsometer mit Blendenanordnung
Anmelder Nanofilm Technologie GmbH, 37081 Göttingen, DE
Erfinder Eing, Andreas, 37083 Göttingen, DE;
Hönig, Dirk, Dr., 37081 Göttingen, DE;
Vaupel, Matthias, Dr., 37081 Göttingen, DE
Vertreter Fiedler, Ostermann & Schneider, 37073 Göttingen
DE-Anmeldedatum 12.03.2004
DE-Aktenzeichen 102004012134
Offenlegungstag 29.09.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 29.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.06.2006
IPC-Hauptklasse G01J 4/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01N 21/21(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur ellipsometrischen Erfassung einer Probenanordnung mit wenigstens einer auf einer Probenseite eines transparenten, flächigen Trägersubstrates aufgebrachten, dünnen Probe, bei dem

  • – die Probenanordnung wenigstens bereichsweise mittels einer Beleuchtungsanordnung mit Beleuchtungslicht einstellbarer Polarisationseigenschaften unter einem zur Probennormalen geneigten Beleuchtungswinkel beleuchtet wird,
  • – von beleuchteten Bereichen der Probenanordnung reflektiertes Detektionslicht in einer unter einem geeigneten, zur Probennormalen geneigten Beobachtungswinkel angeordneten, polarisationssensitiven Detektionsanordnung auf einen gesteuert auslesbaren Detektor mit einer Mehrzahl geordneter, photosensitiver Detektorelemente abgebildet wird,
  • – Anteile des Beleuchtungslichtes von Blendenmitteln, die auf der der Beleuchtungsanordnung und der Detektionsanordnung zugewandten Seite der Probe und des Trägersubstrats angeordnet sind, weggeblendet werden.

Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Ellipsometer, geeignet zur ellipsometrischen Erfassung einer Probenanordnung (40, 43) mit wenigstens einer auf einer Probenseite eines transparenten, flächigen Trägersubstrates (40) aufgebrachten, dünnen Probe (43) und umfassend

– eine Beleuchtungsanordnung zur wenigstens bereichsweisen Beleuchtung der Probe (43) mit Beleuchtungslicht (30) wählbarer Polarisationseigenschaften unter einem zur Probennormalen geneigten Beleuchtungswinkel (&phgr;),

– eine unter einem geeigneten, zu der Probennormalen geneigten Detektionswinkel (&phgr;) angeordnete, einen photosensitiven Detektor (D) umfassende Detektionsanordnung zur polarisationssensitiven Detektion von Detektionslicht (31'-35'; 31'-35'''), welches von beleuchteten Bereichen der Probe (43) reflektiert wird

– Blendenmittel (20), die auf der der Beleuchtungsanordnung und der Detektionsanordnung zugewandten Seite der Probe (43) und des Trägersubstrates angeordnet sind und Anteile des Beleuchtungslichtes (31) und des Detektionslichtes (32''', 33', 33''') wegblenden.

Zur Erfassung sehr dünner und insbesondere transparenter Proben hat sich die Ellipsometrie als leistungsfähiges Messprinzip etabliert. Das Grundprinzip bekannter ellipsometrischer Verfahren lässt sich am einfachsten anhand der schematischen Skizze von 1 erläutern. Eine Lichtquelle L mit zugehöriger Optik erzeugt einen Lichtstrahl, der unter einem Winkel &phgr; eine Probenanordnung wenigstens bereichsweise beleuchtet. Der Winkel &phgr; wird üblicherweise gegen die Probennormale gemessen und ist bei üblichen Vorrichtungen wählbar. Neben der Lichtquelle und einer geeigneten Lichtleitoptik, z.B. einem geeigneten Linsen- und/oder Spiegelsystem, umfasst die Beleuchtungsanordnung polarisationsrelevante Elemente, mit welchen die Polarisationseigenschaften des Beleuchtungslichtes modifizierbar sind. In dem dargestellten Schema werden ein Polarisator P und ein Kompensator C, der zum Beispiel als Lambda-Viertel-Plättchen ausgebildet sein kann, verwendet. Die Probenanordnung wird daher zumindest bereichsweise mit Beleuchtungslicht bekannter Polarisationseigenschaften beleuchtet. Ebenfalls unter einem Winkel zur Probennormalen ist eine Detektionsanordnung zur Erfassung von Detektionslicht vorgesehen. Da als Detektionslicht in der Regel von den beleuchteten Probenbereichen reflektiertes Licht verwendet wird, entspricht der Winkel der Detektionsanordnung zur Probennormalen, dem Reflektionsgesetz der Strahlenoptik folgend, in der Regel ebenfalls dem Winkel &phgr;. Über eine geeignete Lichtleitoptik sowie weitere polarisationsrelevante Elemente (im dargestellten Schema ein Analysator A) wird Detektionslicht auf einen photosensitiven Detektor D geleitet. Die auf dem Detektor D erfasste Intensität ist unter anderem abhängig von der relativen Einstellung der polarisationsrelevanten Elemente zueinander. Auch die Wahl des Winkels &phgr; beeinflusst die detektierte Intensität.

Verschiedene Ausführungsformen derartiger Vorrichtungen und entsprechende Messverfahren sind bekannt aus der DE 100 23 477 A1, der DE 100 33 645 A1 sowie der US 6,275,291 B1.

Eine ähnliche Vorrichtung und ein entsprechendes Messverfahren sind aus der gattungsbildenden WO 96/24034 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung umfasst zusätzlich eine senkrecht zum Beleuchtungsstrahlengang ausgerichtete erste Blende und eine senkrecht zum Detektionsstrahlengang ausgerichtete zweite Blende, die in Bereichen paralleler Strahlführung zur Strahlformung und insbesondere zum Ausblenden nicht-paralleler Randstrahlen angeordnet sind.

Es sind bildgebende und nicht bildgebende Anwendungen der Ellipsometrie bekannt. während bei der nicht bildgebenden Ellipsometrie Optik und Detektor auf die Beleuchtung eines einzelnen Punktes bzw. die Detektion von Reflektionslicht aus diesem Punkt ausgerichtet sind, werden bei der bildgebenden Ellipsometrie größere Probenbereiche simultan beleuchtet und es ist eine Abbildungsoptik 0 vorgesehen, welche einzelne Punkte des beleuchteten Bereichs entsprechenden photosensitiven Detektorelementen zuordnet, aus denen der Detektor in geordneter Weise aufgebaut ist.

Zur Durchführung einer ellipsometrischen Messung sind insbesondere zwei Grundprinzipien bekannt. So können beispielsweise mehrere Einzelmessungen mit unterschiedlicher relativer Einstellung der polarisationsrelevanten Elemente zueinander und/oder unterschiedlichen Einstellungen des Winkels &phgr; durchgeführt und interessierende Werte gemäß dem Fachmann bekannten physikalischen Zusammenhängen aus der sich ergebenden Folge von Messwerteinheiten (einzelne Messwerte bei nicht bildgebender bzw. einzelne Bilder bei bildgebender Anwendung) abgeleitet werden. Im Gegensatz dazu werden bei der sogenannten Null-Ellipsometrie, die insbesondere bei bildgebenden Anwendungen Einsatz findet, die polarisationsrelevanten Elemente relativ zueinander derart eingestellt, dass bestimmte Kennwerte eines Ergebnisbildes, beispielsweise ein Kontrast zwischen zwei abgebildeten Probenbereichen, einen besonderen Wert annimmt. So ist es beispielsweise bekannt, bei der Inspektion sogenannter Micro-Arrays oder Biochips bei der die Qualität der Aufbringung eines Musters aus Biomolekülen auf einem Trägersubstrat überprüft werden soll, die polarisationsrelevanten Elemente relativ zueinander so einzustellen, dass der effektiv nutzbare Kontrast zwischen molekülbelegten Bereichen und freien Bereichen des Trägersubstrates maximiert wird. Fehlerhafte Formen von molekülbelegten Bereichen sind dann besonders einfach und insbesondere ohne Durchführung eines aufwendigen, vielschrittigen Verfahrens erkennbar.

Da die Probenanordnung bei allen ellipsometrischen Verfahren unter einem von der Probennormalen abweichenden Winkel beleuchtet und beobachtet wird, stellt sich bei bildgebenden Anwendungen die unvermeidbare Schwierigkeit, dass benachbarte Probenbereiche, die gleichzeitig beleuchtet und gleichzeitig vom Detektor erfasst werden können, unterschiedliche Abstände zu dem Detektor aufweisen. Es kann daher jeweils nur ein schmaler, senkrecht zur Einfallsebene gelegener Streifen der Probenanordnung scharf abgebildet werden. Gleichwohl fällt auch Licht aus anderen Probenbereichen auf den Detektor. Streulicht aus diesen Probenbereichen kann häufig vernachlässigt werden, da es in der Regel eine wesentlich geringere Intensität aufweist als das interessierende Reflexionslicht. Ein erhebliches Problem ergibt sich jedoch im Fall von Probenanordnungen mit transparenten Trägersubstraten, beispielsweise aus Glas, Quarz, transparentem Kunststoff etc, wie sie z.B. regelmäßig für Micro-Arrays oder Biochips, jedoch auch in anderen Bereichen vielfach verwendet werden. In diesem Fall kann nämlich Beleuchtungslicht sowohl an der der Beleuchtungsanordnung zugewandten Grenzfläche des Trägersubstrates als auch an der dieser gegenüberliegenden Grenzfläche des Trägersubstrates reflektiert werden. Wegen des zur Probennormalen geneigten Einfalls- bzw. Reflexionswinkels &phgr; können daher Lichtanteile aus benachbarten Probenbereichen, die jedoch an unterschiedlichen Grenzflächen reflektiert werden, auf denselben Detektorbereich abgebildet werden. Dies stellt eine erhebliche Störung des erwünschten Signals dar.

In der EP 0 481 649 A2 wird dieses Problem anhand einer nicht-ellipsometrische Vorrichtung aufgegriffen und eine Vorrichtung offenbart, die das Problem durch Verwendung zweier parallel zur Probenfläche und in unmittelbarer Nachbarschaft zu der Probe zwischen dem Probenträger einerseits und der Beleuchtungs- und der Detektionsanordnung andererseits angeordneten Schneidenblenden löst. Diese sind so angeordnet, dass lediglich ein schmaler Probenstreifen beleuchtet und Licht, das die Probe und den Probenträger durchdringt und an der gegenüber liegenden Seite des Probenträgers reflektiert wird, weggeblendet wird. Diese Anordnung weist zwei wesentliche Nachteile auf. Zum einen ist es schwierig, die Blenden parallel zur Probenfläche in naher Nachbarschaft zu dieser zu justieren. Es besteht die Gefahr, bei der Justierung die Probenfläche zu beschädigen. Zum anderen führt die sehr kleinflächige Beleuchtung im Blendenspalt zu langen Messzeiten, da die Probe in jeweils kleinen Ausschnitten abgerastert werden muss. Dabei können insbesondere bei empfindlichen, biologischen Proben Veränderungen während der Zeit zwischen der Aufnahme eines ersten Ausschnitts und der Aufnahme eines zweiten Ausschnitts auftreten.

Aus der US 5,510,892 ist eine weitere nicht-ellipsometrische Vorrichtung bekannt, die das Problem mittels zweier Gitterblenden im Beleuchtungs- bzw. im Detektionsstrahlengang löst. Die Gitterblenden sind jeweils so in den Strahlengängen angeordnet, dass ihre konjugierten Bildebenen in der Probenebene liegen. Hierdurch wird zwar erreicht, dass die Justierung einer parallelen Blende in direkter Nachbarschaft zur Probe vermieden wird. Es ergibt sich jedoch das zusätzliche Problem der sehr komplizierten Justierung zweier Gitterblenden in unterschiedlichen Strahlengängen mit übereinstimmendem konjugiertem Bild in der Probenebene.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzubilden, dass die Justierung der Blendenmittel zur Reduktion des störenden Einflusses von Reflexionslicht aus Probenbereichen, die einem interessierenden Probenbereich benachbart sind, vereinfacht wird.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass bei Vermessung ausgedehnter Proben Unterschiede zwischen den Aufnahmezeitpunkten von Probenteilbereichen reduziert werden.

Die erstgenannte Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Die zweitgenannte Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 6 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Probenseite des Trägersubstrates der Beleuchtungsanordnung abgewandt ist und die Blendenmittel sich parallel zur Probennormalen und senkrecht zur Einfallsebene des Beleuchtungslichtes erstrecken, so dass sie Anteile des Beleuchtungslichtes wegblenden, die ansonsten an einer der Probenseite gegenüberliegenden Gegenfläche des Trägersubstrates derart reflektiert würden, dass sie sich in einer Detektionsebene des Detektors dem an der Probenseite der Probenanordnung reflektierten Detektionslicht überlagern würden.

Im Gegensatz zum Stand der Technik wird die Probenanordnung so gestaltet, dass die Probenseite des Trägersubstrates der Beleuchtungsanordnung abgewandt ist. Die Blendenmittel erstrecken sich erfindungsgemäß parallel zur Probennormalen und senkrecht zur Einfallsebene des Beleuchtungslichtes. In diesem Fall nämlich würde ein erstes Teilbündel des Beleuchtungslichts, das in einem ersten Punkt auf das Trägersubstrat auftrifft, soweit es nicht an diesem reflektiert wird, zunächst das Trägersubstrat durchlaufen, an der Trägersubstrat/Proben-Grenzfläche unter Wechselwirkung mit der Probe reflektiert werden und nach erneutem Durchlaufen des Trägersubstrats dieses an einem zweiten, von dem ersten Punkt versetzten Punkt in Richtung auf den Detektor wieder verlassen. Dieser zweite Punkt ist jedoch zugleich Ort einer direkten Reflexion eines zweiten Teilbündels des Beleuchtungslichts. Direkte wie indirekte Reflexion würden sich auf dem Detektor ununterscheidbar überlagern. Durch erfindungsgemäße Blendenmittel, die senkrecht zur Probe bzw. parallel zur Probennormalen und senkrecht zur Einfallsebene des Beleuchtungslichtes zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt angeordnet sind, wird das zweite Teilbündel des Beleuchtungslichts weggeblendet, sodass keine direkte Reflexion im zweiten Punkt auftritt, die sich dem erwünschten, unter Wechselwirkung mit der Probe reflektieren Licht überlagern könnte.

Der hier verwendete Begriff „wegblenden" umfasst sämtliche, physikalische Wirkmechanismen einer Blende, wie z.B. Absorbieren des auf die Blende fallenden Beleuchtungslichts oder ein geeignetes Ablenken durch Reflexion oder Streuung oder Beugung.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Blendenmittel als eine semiinfinite Einzelblende ausgestaltet. Der Begriff „semiinfinit" bezeichnet Blenden mit einer für die erfindungsgemäße Wirkung relevanten Kante und einer Ausdehnung der Blende, die so groß ist, dass eine weitere Vergrößerung die erfindungsgemäße Wirkung nicht steigern würde. Ein Beispiel ist etwa eine senkrecht zur Probe angeordnete Schneidenblende mit einer der Probe zugewandten Kante, die oberhalb der Kante den gesamten abgebildeten Probenbereich gegen einfallendes Beleuchtungslicht abschattet.

Bei einer anderen Ausführungsform umfassen die Blendenmittel eine Mehrzahl von Einzelblenden. Beispielsweise bilden die Einzelblenden eine Mehrzahl von parallelen Spalten. Die Einzelblenden können starr oder beweglich zueinander ausgebildet sein.

Alternativ können einzelne Einzelblenden auch mit einem oder mehreren für das Beleuchtungslicht transparenten Durchlässen versehen oder die Blendenmittel insgesamt als Einzelblende mit wenigstens einem solchen Durchlass ausgestaltet sein.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Blendenmittel bewegbar angeordnet. Dem liegt der Gedanke zugrunde, trotz einer zu jedem Zeitpunkt durch die Blendenmittel bereichsweise abgeschatteter Probe einen möglichst großen Probenbereich abbilden zu können und gleichzeitig von der durch die Erfindung ermöglichten Qualitätsverbesserung der Daten zu profitieren. Dies wird durch Anwendung des nachfolgend erläuterten, erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht, das insbesondere ein bevorzugtes Betriebsverfahren der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, aber auch zusammen mit anderen Anordnungsvarianten der Blendenmittel, wie sie etwa aus dem Stand der Technik bekannt sind, angewendet werden kann.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen,

  • a) dass zu jedem Zeitpunkt solche Beleuchtungslichtanteile ausgeblendet werden, die ansonsten an einer der Probenseite gegenüberliegenden Gegenfläche des Trägersubstrates derart reflektiert würden, dass sie sich in einer Detektionsebene des Detektors dem von der Probenseite der Probenanordnung reflektierten Detektionslicht überlagern würden, und
  • b) dass die Blendenmittel während einer Integrationszeit des Detektors bewegt werden, sodass jedes einem Auslesebereich des Detektors zugeordnete Detektorelement während eines Bruchteils der Integrationszeit des Detektors (D) mit Detektionslicht beaufschlagt wird.

Die unter a) genannten Merkmale wurden bereits oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert. Man beachte jedoch, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren auch zusammen mit Vorrichtungen mit anderer Anordnung der Blendenmittel, angewendet werden kann, solange die Blendenmittel gemäß gemäß a) ausgelegt sind.

Gemäß obiger Merkmalsgruppe b) werden die Blendenmittel während einer Integrationszeit des Detektors parallel zu der Probenanordnung relativ bewegt, wobei die Integrationszeit vorzugsweise lang gegenüber einer charakteristischen Bewegungszeit der Blendenmittel gewählt ist. Zu jedem Zeitpunkt wird erfindungsgemäß verhindert, dass sich von der Probe reflektiertes Licht und von der Gegenfläche des Trägersubstrats reflektiertes Licht auf dem Detektor überlagern. Während der Integrationszeit des Detektors werden jedoch unterschiedliche Bereiche der Probenanordnung beleuchtet bzw. beschattet. Im Ergebnis erzielt man daher ein Bild eines großen Probenbereichs mit erfindungsgemäß verbesserter Datenqualität.

Bevorzugt wird die Bewegung der Blendenmitte so eingerichtet, dass jedes einem Auslesebereich des Detektors zugeordnete Detektorelement während eines in etwa gleichen Bruchteils einer Integrationszeit des Detektors mit Detektionslicht beaufschlagt wird.

Hinsichtlich der speziellen Bewegung der Blendenmittel sind verschiedene Möglichkeiten denkbar. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Blendenmittel, wie bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, senkrecht zur Probennormalen und parallel zur Einfallsebene des Beleuchtungslichts linear bewegbar angeordnet sind. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Blendenmittel um eine zur Probennormalen parallele Achse rotierbar angeordnet sind. Dies ist insbesondere günstig, wenn die Blendenmittel, wie aus dem Stand der Technik bekannt, parallel zur Probe angeordnet sind.

Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung sowie den Zeichnungen, in denen

1 eine schematische Skizze des Aufbaus eines Ellipsometers nach dem Stand der Technik zeigt,

2 eine schematische Darstellung der Reflexionen bei einem Ellipsometer nach dem Stand der Technik zeigt,

3 eine schematische Darstellung der Reflexionen bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf ein bekanntes Ellipsometer zeigt,

4 eine schematische Darstellung der Reflexionen bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf ein erfindungsgemäßes Ellipsometer zeigt,

Der grundsätzliche Aufbau eines Ellipsometers wurde anhand von 1 bereits im allgemeinen Teil dieser Beschreibung erläutert. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf eine erneute Beschreibung von 1 verzichtet.

2 zeigt die Problematik der Überlagerung von direkten und indirekten Reflexionen bei einem Ellipsometer nach dem Stand der Technik. Wie erwähnt wird bei der bildgebenden Ellipsometrie üblicherweise die Probenanordnung, von der in 2 lediglich ein transparentes Trägersubrat 40 dargestellt ist, großflächig mit Beleuchtungslicht 30 beleuchtet, welches als ein paralleles Strahlenbündel großen Durchmessers ausgebildet ist. In 2 sind von dem Strahlenbündel 30 jeweils benachbarte Einzelstrahlen 31, 32, 33, 34, 35 repräsentativ dargestellt. Das Beleuchtungslicht wird nach Einfall auf die Probenanordnung teilweise an der oberen Oberfläche 41 des Trägersubstrats 40 (bzw. an der eigentlichen Probe, sofern diese auf der Oberfläche 41 aufgebracht ist, z.B. als dünne Biomolekülschicht) reflektiert. Dies führt zu direkt reflektierten Strahlen 31'-35', die über eine Abbildungsoptik auf einen Detektor gelenkt werden. Die direkt reflektierten Teilstrahlen sind in 2 als durchgezogene Linien dargestellt.

Ein weiterer Teil des Beleuchtungslichtes durchdringt die obere Oberfläche 41 des Trägersubstrats 40 und wird an dessen unterer Oberfläche 42 (ggf. unter Wechselwirkung mit der eigentlichen Probe, sofern diese auf der Oberfläche 42 aufgebracht ist) reflektiert. Dieser Teil des Beleuchtungslichtes ist in 2 mit den Bezugszeichen 31'' -35'' gekennzeichnet. Nach Reflexion an der unteren Oberfläche 42 durchdringt das reflektierte Licht 31''-35'' erneut die obere Oberfläche 41 des Substrates 40 und wird als indirekt reflektiertes Licht 31'''-35''' unter dem gleichen Winkel wie das direkt reflektierte Licht 31'-35' auf den Detektor gelenkt. Hierbei kommt es zur ununterscheidbaren Überlagerung von direkt und indirekt reflektierten Anteilen benachbarter Teilstrahlen. Je nachdem, ob die eigentliche, zu vermessende Probe (z.B. eine dünne Schicht von Biomolekülen) auf der oberen Oberfläche 41 oder der unteren Oberfläche 42 des Substrates 40 aufgebracht ist, muss das direkt reflektierte Licht 31'-35' oder das indirekt reflektierte Licht 31'''-35''' als erwünschtes Signal bzw. als Störlicht angesehen werden.

3 zeigt eine bekannte Ellipsometeranordnung mit Blenden, die insbesondere günstig ist, wenn wie in 3 dargestellt, die eigentliche Probe 43 als eine dünne Schicht auf der oberen Oberfläche 41 des Trägersubstrats 40 aufgebracht ist. Es ist eine Blendenanordnung 20 vorgesehen, die bei der gezeigten Ausführungsform aus einer semiinfiniten Einzelblende 20a und einer weiteren, optionalen Einzelblende 20b ausgebildet ist, die parallel zur Probenoberfläche angeordnet sind und zwischen sich einen Spalt definierter Breite bilden. Die Wirkung der Blendenanordnung 20 lässt sich in 3 leicht ablesen. Ein Teilstrahl 32 des Beleuchtungslichtes fällt auf die Probe 43 und wird erwünschtermaßen als direkt reflektierter Teilstrahl 32' auf den Detektor reflektiert. Sein die Probe durchdringender Anteil 32'' , der an der unteren Oberfläche 42 des Substrates 40 reflektiert wird und die obere Oberfläche 41 des Substrates 40 an einer benachbarten Stelle erneut durchdringt und als indirekt reflektierter Teilstrahl 32''', der bei der gezeigten Probenanordnung als Störlicht wirken würde (vgl.

2), wird von der Blende 20b ausgeblendet und daran gehindert auf den Detektor zu fallen. Das Ausblenden kann beispielsweise durch Absorption oder durch geeignete Reflexion erfolgen.

Ein benachbarter Teilstrahl 31 des Beleuchtungslichtes wird bereits vor Erreichen der Probenanordnung von der Blende 20a weggeblendet. Wie aus 2 ersichtlich würde er sich ohne die Blendenanordnung 20 als indirekt reflektierter Teilstrahl 31'' , 31''' als Störlicht dem direkt reflektierten Teilstrahl (erwünschtes Signal) 32' überlagern.

Ein weiterer benachbarter Teilstrahl 33 des Beleuchtungslichtes, fällt zwar auf die Probe, durch die Blendenanordnung 20 werden jedoch sowohl seine direkt als auch seine indirekt reflektierten Teilstrahlen 33' bzw. 33'' und 33''' weggeblendet. Dies stellt zwar einen Signalverlust dar; andererseits würde der erwünschte direkt reflektierte Teilstrahl 33' von dem ebenfalls weggeblendeten indirekt reflektierten Teilstrahl 32''' ununterscheidbar überlagert, so dass lediglich ein gestörter Signalanteil verloren geht.

Wie durch den Bewegungspfeil 50 angedeutet, wird bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Blendenanordnung 20 während der Integrationszeit des Detektors parallel zur Probe bewegt. Dies erfolgt vorzugsweise derart, dass sämtliche interessierenden Probenbereiche während eines gleichlangen Zeitintervalls beleuchtet und detektiert werden. Auf diese Weise ist es möglich auf dem Detektor ein Bild zu integrieren, welches sich allein aus ungestörten, direkt reflektierten Teilstrahlen zusammensetzt.

4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Probe 43 auf der unteren Oberfläche 42 des Trägersubstrats 40 angeordnet ist. Die Blendenanordnung 20 besteht hier aus einer senkrecht zur Probenoberfläche angeordneten Einzelblende 20c. Bei dieser Ausführungsform ist das indirekt reflektierte Licht, welches unter Wechselwirkung mit der Probe 43 an der unteren Oberfläche 42 des Substrates 40 reflektiert wird, das erwünschte Signal, während das an der oberen Oberfläche 41 direkt reflektierte Licht als Störlicht aufzufassen ist. Von einem Teilstrahl 32 des Beleuchtungslichtes wechselwirkt ein Anteil 32'' , der in das Substrat 40 eindringt, mit der Probe 43 und wird als indirekt reflektierter Teilstrahl 32''' in Richtung auf den Detektor geleitet. Dieser Strahlengang wird von der Blende 20 nicht behindert. Der direkt reflektierte Anteil 32' des Beleuchtungs-Teilstrahls 32 wird jedoch von der Blende 20c weggeblendet. Ebenfalls weggeblendet wird ein benachbarter Teilstrahl 33 des Beleuchtungslichts, dessen direkt reflektierter Anteil, wie aus 2 ersichtlich, sich dem Signalstrahl 32''' als Störlicht überlagern würde. Weiter wird von der Blende 20c auch der direkt und der indirekt reflektierte Anteil 31' bzw. 31''' eines weiteren benachbarten Teilstrahles 31 des Beleuchtungslichtes weggeblendet. Dies entspricht einem Signalverlust; allerdings würde der indirekt reflektierte Signalstrahl 31''' von dem ebenfalls weggeblendeten direkt reflektierten Teilstrahls 32' überlagert, so dass lediglich ein gestörter Signalanteil verloren geht.

Wie bereits in Verbindung mit 3 erläutert, deutet der Bewegungspfeil 50 die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens an, bei der die Blendenanordnung 20 während der Integrationszeit des Detektors parallel zur Probe bewegt wird, so dass auf dem Detektor lediglich ungestörte Signalanteile zum Aufbau des Ergebnisbildes beitragen.

Natürlich sind die in den Figuren dargestellten und in dem speziellen Teil der Beschreibung erläuterten Ausführungsformen der Erfindung lediglich illustrative Beispiele. Insbesondere hinsichtlich der konkreten Ausgestaltung der Blendenformen und Blendenmechanismen sind dem Fachmann im Rahmen der vorliegenden Erfindung einer Vielfalt von Variationsmöglichkeiten gegeben. Beispielsweise ist es möglich, die Blendenanordnung 20 aus relativ zueinander bewegbaren oder starr zueinander angeordneten Einzelblenden oder als geeignet gelochte Scheibe auszubilden, die vorzugsweise bewegbar ist und zwar linear oder rotierend.


Anspruch[de]
  1. Ellipsometer, geeignet zur ellipsometrischen Erfassung einer Probenanordnung (40, 43) mit wenigstens einer auf einer Probenseite eines transparenten, flächigen Trägersubstrates (40) aufgebrachten, dünnen Probe (43) und umfassend

    – eine Beleuchtungsanordnung zur wenigstens bereichsweisen Beleuchtung der Probe (43) mit Beleuchtungslicht (30) wählbarer Polarisationseigenschaften unter einem zur Probennormalen geneigten Beleuchtungswinkel (&phgr;),

    – eine unter einem geeigneten, zu der Probennormalen geneigten Detektionswinkel (&phgr;) angeordnete, einen photosensitiven Detektor (D) umfassende Detektionsanordnung zur polarisationssensitiven Detektion von Detektionslicht (31'-35'; 31'-35'''), welches von beleuchteten Bereichen der Probe (43) reflektiert wird

    – Blendenmittel (20), die auf der der Beleuchtungsanordnung und der Detektionsanordnung zugewandten Seite der Probe (43) und des Trägersubstrates angeordnet sind und Anteile des Beleuchtungslichtes (31) und des Detektionslichtes (32''' , 33', 33''') wegblenden,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    die Probenseite des Trägersubstrates (40) der Beleuchtungsanordnung abgewandt ist und die Blendenmittel (20) sich parallel zur Probennormalen und senkrecht zur Einfallsebene des Beleuchtungslichtes (30) erstrecken, so dass sie Anteile (33) des Beleuchtungslichtes (30) wegblenden, die ansonsten an einer der Probenseite (42) gegenüberliegenden Gegenfläche (41) des Trägersubstrates (40) derart reflektiert würden, dass sie sich in einer Detektionsebene des Detektors (D) dem an der Probenseite (42) der Probenanordnung reflektierten Detektionslicht (32''') überlagern würden.
  2. Ellipsometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass , die Blendenmittel (20) als eine semiinfinite Einzelblende (20c) ausgestaltet sind.
  3. Ellipsometer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenmittel (20) eine Mehrzahl von Einzelblenden (20a, 20b) umfassen.
  4. Ellipsometer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenmittel (20) bewegbar angeordnet sind.
  5. Ellipsometer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenmittel (20) senkrecht zur Probennormalen und parallel zur Einfallsebene des Beleuchtungslichts (30) linear bewegbar angeordnet sind.
  6. Verfahren zur ellipsometrischen Erfassung einer Probenanordnung mit wenigstens einer auf einer Probenseite eines transparenten, flächigen Trägersubstrates (40) aufgebrachten, dünnen Probe (43), bei dem

    – die Probenanordnung wenigstens bereichsweise mittels einer Beleuchtungsanordnung mit Beleuchtungslicht (30) einstellbarer Polarisationseigenschaften unter einem zur Probennormalen geneigten Beleuchtungswinkel (&phgr;) beleuchtet wird,

    – von beleuchteten Bereichen der Probenanordnung (40, 43) reflektiertes Detektionslicht (31'-35'; 31'''-35''') in einer unter einem geeigneten, zur Probennormalen geneigten Beobachtungswinkel (&phgr;) angeordneten, polarisationssensitiven Detektionsanordnung auf einen gesteuert auslesbaren Detektor (D) mit einer Mehrzahl geordneter, photosensitiver Detektorelemente abgebildet wird,

    – Anteile des Beleuchtungslichtes von Blendenmitteln, die auf der der Beleuchtungsanordnung und der Detektionsanordnung zugewandten Seite der Probe (43) und des Trägersubstrats (40) angeordnet sind, weggeblendet werden,

    dadurch gekennzeichnet,

    – dass zu jedem Zeitpunkt solche Beleuchtungslichtanteile ausgeblendet werden, die ansonsten an einer der Probenseite gegenüberliegenden Gegenfläche des Trägersubstrates (40) derart reflektiert würden, dass sie sich in einer Detektionsebene des Detektors (D) dem von der Probenseite der Probenanordnung reflektierten Detektionslicht überlagern würden, und

    – dass die Blendenmittel (20) während einer Integrationszeit des Detektors (D) bewegt werden, sodass jedes einem Auslesebereich des Detektors zugeordnete Detektorelement während eines Bruchteils der Integrationszeit des Detektors (D) mit Detektionslicht beaufschlagt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bruchteil der Integrationszeit, während dessen ein Detektorelement mit Detektionslicht beaufschlagt wird, für jedes beaufschlagte Detektorelement in etwa gleich groß ist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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