DE102005047847A1

DE102005047847A1 - Dunkelfeldobjektiv für ein Mikroskop

Info

Publication number: DE102005047847A1
Application number: DE102005047847A
Authority: DE
Inventors: Michael Heiden; Wolfgang Dr. Vollrath
Original assignee: Vistec Semiconductor Systems GmbH
Current assignee: KLA Tencor MIE GmbH
Priority date: 2005-10-05
Filing date: 2005-10-05
Publication date: 2007-04-26
Also published as: WO2007054396A1; US20090225414A1; JP2009511941A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Objektiv für ein Mikroskop zur Dunkelfeldmikroskopie mit alternierender Beleuchtung bei streifendem Einfall. Gezeigt wird ein Dunkelfeldobjektiv mit einer Frontlinse zur Aufnahme von Licht von einer Probe und mit einer Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung zur Führung von Beleuchtungslicht auf die Probe, wobei die Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung mindestens ein Paar Lichtauskoppelelemente umfasst, die jeweils paarweise gegenüber der optischen Achse um die Frontlinse angeordnet sind zur gegenparallelen Beleuchtung der Probe.

Description

Die Erfindung betrifft ein Objektiv für ein Mikroskop zur Dunkelfeldmikroskopie mit alternierender Beleuchtung bei streifendem Einfall.
Ein Objektiv zur Dunkelfeldmikroskopie ist nach DE 199 03 486 C2 bekannt. Bei dem bekannten Objektiv wird ein ringförmiges Strahlenbündel um das Objektivlinsensystem vorbeigeführt und im Bereich des probenseitigen Endes des Objektivlinsensystem unter einem Winkel konzentrisch auf die Probe umgelenkt.
Eine Beleuchtung zur Dunkelfeldmikroskopie mit alternierender Beleuchtung bei streifendem Einfall nach dem sogenannten AGID-Verfahren (Alternating grazing incidence) ist nach B. Brodermann et.al.: „Alternating grazing incidence dark field scanning optical microscopy for dimensional measurements", Proc. of SPIE 4277:352-361 (2002) bekannt. Bei diesem Verfahren wird die Probe bei streifendem Einfall wechselseitig aus zwei gegenüberliegenden Richtungen senkrecht zu einer Probenstruktur beleuchtet. Die Beleuchtung erfolgt dabei seitlich vom Objektiv.
Das AGID-Verfahren setzt eine Hauptstrukturrichtung auf der Probe voraus, so etwa Leiterbahnen eines Wafers. Die Probe wird senkrecht mit Ihrer Hauptstrukturrichtung zu den Beleuchtungsrichtungen orientiert. Die zu untersuchenden Bahnen werden nacheinander von der einen und von der gegenüber liegenden Seite senkrecht zur Hauptstrukturrichtung beleuchtet, wobei für jeden Beleuchtungsvorgang ein eigenes Bild aufgenommen wird. Es entstehen jeweils zwei Bilder des gleichen Aufnahmebereichs. Die eine Beleuchtungsrichtung betont dabei eine Kantenseite, die andere Beleuchtungsrichtung betont die andere Kantenseite. Die beiden Bilder werden einzeln auf die Lage der entsprechenden Kanten hin analysiert und anschließend die analysierten Bilder überlagert. So gelingt es, Strukturbreiten kleiner als die halbe Lichtwellenlänge aufzulösen. Vorzugsweise ist dabei das Beleuchtungslicht so polarisiert, dass das E-Feld parallel zur Kante der Struktur ausgerichtet ist.
Nachteilig ist dem bekannten Stand der Technik, dass er entweder für das AGID-Verfahren nicht geeignet ist oder einen komplizierten Aufbau benötigt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop zur Dunkelfeldmikroskopie mit alternierender Beleuchtung bei streifendem Einfall anzugeben, die einfach und kompakt ist.
Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 bestimmte Dunkelfeldobjektiv gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe bei einem Dunkelfeldobjektiv für ein Mikroskop mit einer Frontlinse zur Aufnahme von Licht von einer Probe und mit einer Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung zur Führung von Beleuchtungslicht auf die Probe dadurch gelöst, dass die Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung mindestens ein Paar Lichtauskoppelelemente umfasst, die jeweils gegenüber der optischen Achse um die Frontlinse angeordnet sind zur abwechselnden, gegenparallelen Beleuchtung der Probe. Die Zusammenführung von Objektiv und gegenparalleler Beleuchtung lässt die Ausführung der Beleuchtung einfach und kompakt gestalten.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass die Lichtauskoppelelemente paarweise um 180° versetzt sind. Dies realisiert den beim AGID-Verfahren bezweckten Effekt am günstigten.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Einkoppelelemente Prismen sind. Diese sind einfacher anzuordnen als Spiegel und lassen das Objektiv mit ihrer abschließenden Fläche gekapselt gestalten.
Günstigerweise ist vorgesehen, dass die Prismen und die Frontlinse probenseitig im Bereich einer gemeinsamen Ebene enden. Dies ergibt eine besonders kompakte Bauform.
Idealerweise ist vorgesehen, dass die Prismen und die Frontlinse probenseitig in einer gemeinsamen Ebene enden zur Auflage auf einen Immersionsflüssigkeitsfilm. Damit wird das AGID-Verfahren mit einem einfachen Objektiv für die Mikroskopie mit Immersionsflüssigkeit zugänglich.
Entsprechend einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung das Beleuchtungslicht in mindestens einem Strahlenpaar durch das Objektiv führt. Die Oberseite des Objektivs kann so gleichzeitig zum Austritt des Abbildungsstrahles und zum Eintritt der Beleuchtungsstrahlen dienen. Dadurch wird die Bauform des Objektivs ebenso wie die des gesamten Mikroskops besonders kompakt.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung das Beleuchtungslicht mindestens teilweise parallel zur optischen Achse durch das Objektiv führt. Dies realisiert eine besonders einfache Strahlführung.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung das Beleuchtungslicht senkrecht zur optischen Achse von einer Beleuchtungsquelle aufnimmt. Damit kann die Einkopplung direkt von der Seite in das Objektiv erfolgen. Damit kann ein Einkoppelspiegel über dem Objektiv eingespart werden.
Mit besonderem Vorteil ist vorgesehen, dass die Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung und die Frontlinse von einem gemeinsamen Gehäuse umgeben sind. Dadurch wird eine besonders kompakte und robuste Bauform erreicht. Die Anordnung wird weniger anfällig gegen Dejustage.
Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung zwei Paar Lichtauskoppelelemente umfasst, die paarweise gekreuzt angeordnet sind. Durch diese Anordnung ist es möglich das AGID-Verfahren auf eine gekreuzt strukturiere Probe anzuwenden.
Idealerweise ist vorgesehen, dass die Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung zur Auskopplung des Beleuchtungslicht auf die Probe in einem Winkel von 65° bis 89°, insbesondere von 75° bis 80° zur optischen Achse vorgesehen ist. Es zeigte sich, dass die angegebenen Winkelbereiche eine besonders gute Abbildung ergeben.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand schematischer Darstellungen zu einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren beizeichnen dabei gleiche Elemente. Es zeigen
1 ein Objektiv mit Auskoppel-Prismen
2 ein Objektiv mit Auskoppel-Spiegel
3 ein Immersionsobjektiv mit Auskoppel-Prismen
4 ein erfindungsgemäßes Objektiv von der Unterseite
5 eine zugeordnete Beleuchtungseinrichtung
6 Prinzipskizze des zugeordneten Mikroskops
Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Objektiv 20 über einer Probe 10 auf einer Probenauflage 11. Das Objektiv umfasst eine Frontlinse 30 und eine linkes Auskoppelprisma 43 und ein rechtes Auskoppelprisma 44. Die Frontlinse 30 und die Prismen 43 und 44 schließen mit einer gemeinsamen Ebene 32 ab. Die Frontlinse und die Prismen sind teilweise von dem Gehäuse 22 des Objektivs umgeben. Die Prismen 43 und 44 bilden einen Teil der Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung 40. Die abwechselnd einfallenden linken und rechten Beleuchtungsstrahlen 41 und 42 sind zur Vereinfachung in sämtlichen Figuren gleichzeitig sichtbar gezeichnet. Die Beleuchtungsstrahlen 41 und 42 fallen parallel zur optischen Achse 21 innerhalb des Gehäuses 22 auf die Prismen 43 und 44. Diese lenken die Beleuchtungsstrahlen streifend auf die Probe 10. Die Abbildungsstrahlen 31 werden von der Frontlinse 31 von der Probe 10 aufgenommen.
Die 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Objektiv 20 analog dem Objektiv der 1. Statt der Prismen sind hier ein linker und ein rechter Auskoppelspiegel 45 und 46 vorgesehen. Die Auskoppelspiegel befinden sich im Bereich der Ebene 32 des probenseitigen Endes der Frontlinse. Sie können auch leicht darüber oder auch darunter angeordnet sein.
Die 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Objektiv 20 zur Verwendung mit Immersionsmedien wiederum analog dem Objektiv der 1. Die Probe ist hier mit einer Probenabdeckung 12 fixiert. Zwischen der Probenabdeckung und dem probenseitigen Endes der Frontlinse und dem probenseitigen Endes der Prismen 43 und 44 befindet sich die Immersionsflüssigkeit 13. Dies ist eine Flüssigkeit mit einem Brechungsindex im Bereich der Frontlinse 30. Die parallel zur optischen Achse auf die Prismen 43 und 47 fallenden Beleuchtungsstrahlen 41 und 42 werden hier innerhalb der Prismen 43 und 44 in Richtung der Probe 10 gespiegelt und treten weitgehend ungebrochen aus den Prismen in die Immersionsflüssigkeit aus. Die Prismen sind dazu hier als Parallelogramme ausgebildet.
Die 4 zeigt die Unterseite eines weiteren erfindungsgemäßen Objektivs analog dem Objektiv der 1. Das Gehäuse 22 umfasst hier 4 Paare an Auskoppelelementen 48. Das in den 1 oder 3 gezeigte Prismenpaar 43, 44 ist gezeigt. Zusätzlich ist ein dem Prismenpaar 43, 44 gekreuzt versetztes Prismenpaar ebenso mit Volllinie gezeichnet. Durch dieses weitere Prismenpaar ist die Analyse von 2 aufeinander senkrecht stehenden Strukturen der Probe besonders gut möglich. Des weiteren sind noch zwei weitere Prismenpaare um 45° gegenüber den vorgenannten beiden Prismenpaaren versetzt mit gestrichelter Linie gezeigt. Dadurch ist die Analyse von Proben mit Strukturen unterschiedlicher Richtung gut möglich.
Die 5 zeigt eine Beleuchtungsquelle 50 der Beleuchtungseinrichtung 40. Die Beleuchtungsquelle umfasst einen Laser 51 für linear polarisiertes Licht einer Wellenlänge von etwa 500 nm. Der Laser strahlt durch eine Pockelszelle 52 auf einen Polarisationsstrahlteiler 53. Dieser teilt den Strahl in den linken Beleuchtungsstrahl 41 und über den Spiegel 54 und eine Lambda/2-Platte in den rechten Beleuchtungsstrahl 42. Die Pockelszelle ist dabei so angesteuert, dass sie die Polarisation periodisch dreht und so zusammen mit dem Polarisationsstrahlteiler 53 einen optischen Wechselschalter bildet. Die Lambda/2-Platte 42 dient zur Ausrichtung der Polarisation des rechten Beleuchtungsstrahls 42. Die Beleuchtungsstrahlen 41 und 42 werden idealerweise so ausgerichtet, dass die E-Felder der Beleuchtungsstrahlen auf der Probe 10 senkrecht zur Einfallsrichtung und parallel zur Probenstruktur stehen. Die gezeigte Beleuchtungsquelle ist für ein Objektiv nach den 1 bis 3 ausgelegt. Für ein Objektiv nach 4 ist die Beleuchtungsquelle analog zu erweitern.
Die 6 zeigt das Prinzip eines Mikroskops 60 mit dem erfindungsgemäßen Objektiv 20 analog 1 bis 4. Es sind hier 2 Paare an Auskoppelelementen 48 realisiert. Eine Steuer- und Auswerteeinheit 62 steuert zum Einen über eine Verbindung 65 die Beleuchtungsquelle 50 zur abwechselnden Beleuchtung der Probe 10 über jeweils ein Auskoppelelement 48 und zum Anderen über eine Verbindung 64 die Aufnahme der Probe 10 durch die Kamera 61. Dabei synchronisiert die Steuer- und Auswerteeinheit 62 die Beleuchtung und die Aufnahme und führt die Analyse der Einzelbilder und die Überlagerung analysierten Einzelbilder durch.

10: Probe
11: Probenauflage
12: Probenabdeckung
13: Immersionsflüssigkeit
20: Objektiv
21: optische Achse
22: Gehäuse
30: Frontlinse
31: Abbildungsstrahlen
32: Ebene des probenseitigen Endes der Frontlinse
40: Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung
41: linker Beleuchtungsstrahl
42: rechter Beleuchtungsstrahl
43: linkes Auskoppel-Prisma
44: rechtes Auskoppel-Prisma
45: linker Auskoppel-Spiegel
46: rechter Auskoppel-Spiegel
47: Umlenkspiegel
48: Auskoppelelemente
50: Beleuchtungsquelle
51: Laser
52: Pockelszelle
53: Polarisations-Strahlteiler
54: Umlenkspiegel
55: Lamda/2-Platte
60: Mikroskop
61: Kamera
62: Steuer- und Auswerteeinrichtung
64: Verbindung zu Kamera
65: Verbindung zur Beleuchtungsquelle

Claims

Dunkelfeldobjektiv für ein Mikroskop mit einer Frontlinse zur Aufnahme von Licht von einer Probe und mit einer Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung zur Führung von Beleuchtungslicht auf die Probe dadurch gekennzeichnet, dass die Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung mindestens ein Paar Lichtauskoppelelemente umfasst, die jeweils gegenüber der optischen Achse um die Frontlinse angeordnet sind zur abwechselnden, gegenparallelen Beleuchtung der Probe.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die paarweisen Lichtauskoppelelemente jeweils um 180° versetzt sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppelelemente Prismen sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prismen und die Frontlinse probenseitig im Bereich einer gemeinsamen Ebene enden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prismen und die Frontlinse probenseitig in einer gemeinsamen Ebene enden zur Auflage auf einen Immersionsflüssigkeitsfilm.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung das Beleuchtungslicht in mindestens einem Strahlenpaar durch das Objektiv führt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung das Beleuchtungslicht mindestens teilweise parallel zur optischen Achse durch das Objektiv führt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung das Beleuchtungslicht senkrecht zur optischen Achse von einer Beleuchtungsquelle aufnimmt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung und die Frontlinse von einem gemeinsamen Gehäuse umgeben sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung zwei Paar Lichtauskoppelelemente umfasst, die paarweise gekreuzt angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung zur Auskopplung des Beleuchtungslicht auf die Probe in einem Winkel von 65° bis 89°, insbesondere von 75° bis 80° zur optischen Achse vorgesehen ist.