DE102019201916A1

DE102019201916A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Inspektion von Nano-und Mikrostrukturen

Info

Publication number: DE102019201916A1
Application number: DE102019201916.1A
Authority: DE
Inventors: Konstantin Forcht
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2019-02-14
Filing date: 2019-02-14
Publication date: 2019-04-04

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Anordnung sowie ein Verfahren zur Inspektion von Nano - oder Mikrostrukturen eines Objekts (1) durch Vergleich einer Mehrzahl von optischen Abbildungen der zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen mit einer Mehrzahl von Referenzabbildungen von idealerweise zu den zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen identischen Referenzstrukturen, wobei die Mehrzahl von optischen Abbildungen und die Mehrzahl von Referenzabbildungen jeweils mit unterschiedlichen Fokuseinstellungen mit Hilfe einer optischen Anordnung erstellt werden, wobei die optische Anordnung einen Objektbereich (4) und einen Bildbereich (6) aufweist, wobei der Bildbereich (6) mehrere Bildsensoren (7) oder mehrere separat auslesbare Bereiche eines Bildsensors aufweist und die zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen des Objekts (1) so durch den Objektbereich (4) bewegt werden, dass die gleichen zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen auf die verschiedenen Bildsensoren (7) oder separaten Bereiche eines Bildsensors abgebildet werden, wobei jeder Bildsensor (7) oder jeder separate Bereich eines Bildsensors eine Abbildung mit unterschiedlicher Fokussierung erfasst.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Inspektion von Nano - oder Mikrostrukturen eines Objekts, insbesondere von Wafern bei der mikrolithograhischen Herstellung vom nano - oder mikrostrukturierten Bauteilen, sowie eine optische Anordnung zur Durchführung eines entsprechenden Verfahrens.
STAND DER TECHNIK
Bei der Herstellung von nanostrukturierten oder mikrostrukturierten Bauteilen der Mikroelektronik oder Mikrosystemtechnik müssen die hergestellten Bauteile zur Qualitätssicherung zumindest stichprobenartig, vorzugsweise jedoch lückenlos überprüft werden. Eine derartige Inspektion von strukturierten Halbleitern bzw. Wafer ist sehr aufwändig, da die strukturierten Bauteile auf Grund der kleinen Strukturdimensionen für die Inspektion eine hohe Auflösung der bildgebenden Verfahren erfordern.
Um optische Anordnungen einsetzen zu können, die mit sichtbarem Licht arbeiten und die die erforderliche Auflösung bei der Abbildung ermöglichen, sind beispielsweise Bildrekonstruktionsverfahren, wie HR-SIM, sogenannte super resolution - Verfahren, erforderlich, die auf Grund der Bildrekonstruktion ebenfalls sehr zeitaufwändig sind.
Die Verwendung von elektromagnetischer Strahlung mit sehr viel kleineren Wellenlängen zur Abbildung der nano - oder mikrostrukturierten Bauteile ermöglicht zwar eine sehr viel höhere Auflösung für die Abbildung, aber gleichzeitig ist der technische Aufwand sehr viel höher, da die für die nano - oder mikrostrukturierten Bauteile eingesetzten Materialien bei Wellenlängen kleiner als 100 nm oder 50 nm keine ausreichend hohe Reflektivität besitzen, sodass zusätzlich auch die Inspektionsgeschwindigkeit verringert wird. Auch der Einsatz von Rasterelektronenmikroskopen oder dergleichen führt zu einer deutlichen Verringerung der Inspektionsgeschwindigkeit, sodass keine effizienten Verfahren zur Inspektion von nano - oder mikrostrukturierten Bauteilen zur Verfügung stehen.
Zwar gibt es auch im Bereich der optischen Mikroskopie Bestrebungen die Auflösung bzw. den Informationsgehalt von optischen Abbildungen zu verbessern, wie beispielsweise durch Aufnahmetechniken, bei denen mehrere Abbildungen mit unterschiedlichen Fokuseinstellungen kombiniert werden, aber auch diese Verfahren und Vorrichtungen sind für die Inspektion von nano - oder mikrostrukturierten Bauteilen noch nicht optimal geeignet. So wird beispielsweise von Ravikiran Attota, Ronald G Dixson und András E. Vladár in Through - Focus Scanning Optical Microscopy in Proc. SPIE 8036, Scanning Microscopies 2011: Advanced Microscopy Tehnologies for Defense, Homeland Security, Forensic, Life, Environmental and Industrial Sciences, 803610 (June 01, 2011) beschrieben, dass damit Meßungenauigkeiten bei der Analyse von nano - oder mikrostrukturierten Bauteilen reduziert werden können. Allerdings wird dies nur dadurch erreicht, dass aus einer Mehrzahl von Bildern mit unterschiedlichen Fokuseinstellungen diejenigen Bilder mit der optimalen Fokuseinstellung verwendet werden.
Darüber hinaus sind Verfahren bekannt, bei denen sogenannte TDI - Bildsensoren (beispielsweise CCD - (charged coupled device (ladungsgekoppelte)) Sensoren mit Time Delay Integration (TDI) (Zeitverzögerungsintegration) eingesetzt werden, um bei der zeilenweisen Aufnahme von Bildern während der Integrationszeit für eine Zeile einen Fokuslagenbereich zu durchlaufen, sodass ein über den Fokuslagenbereich gemitteltes Bild erzeugt wird ( EP 2 477 055 ). Gleiches wird auch bei der US 6 583 865 B2 erreicht, bei dem der TDI - Bildsensor in einem Winkel gegenüber der Bildebene angeordnet ist, sodass während der Integrationszeit ein gemitteltes Bild aufgenommen wird, welches sowohl defokussierte als auch fokussierte Abbildungen umfasst. Nachteilig bei diesen Lösungen ist, dass keine Unterscheidung von fokussierten und defokussierten Bildern möglich ist und es auch keine Möglichkeit zur nachträglichen Auswahl eines Bildes mit der optimalen Fokuslage oder der Betrachtung mehrerer Bilder mit unterschiedlicher Fokuslage gibt.
Die US 7 702 181 B2 beschreibt wiederum ein Linienscanverfahren, wobei bei jeder zeilenweisen Aufnahme mehrere Fokuslagen erfasst werden. Zwar kann bei diesem Verfahren die optimale Fokusposition nachträglich im Stapel der erfassten Bilder ermittelt werden, aber es wird keine Verbesserung der effektiven Auflösung erzielt.
Die US 4 845 558 A offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung von Fehlern in sich wiederholenden Mikrostrukturen durch einen Vergleich von entsprechenden Aufnahmen mit hinterlegten Referenzwerten, aber auch hier wird keine Verbesserung der Auflösung erreicht.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit welchen eine Inspektion von nano - und mikrostrukturierten Bauteilen mit hohem Auflösungsvermögen bei möglichst geringem Aufwand in effizienter Weise durchgeführt werden kann. Insbesondere soll eine optische Anordnung Verwendung finden, die mit sichtbarem Licht betrieben werden kann und gleichwohl die Detektion von Fehlstellen im Nano - und Mikrometerbereich bei vernünftigen Prozesszeiten ermöglicht.
TECHNISCHE LÖSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer optischen Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen einen zu untersuchenden Bereich eines Objekts mit Nano - oder Mikrostrukturen durch den Objektbereich eines Objektivs einer optischen Anordnung zu bewegen und während dieses Scanvorgangs mehrere Abbildungen des gleichen zu untersuchenden Bereichs durch mehrere im Bildbereich des Objektivs der entsprechenden optischen Anordnung angeordnete Bildsensoren aufzunehmen, wobei die verschiedenen Abbildungen mit unterschiedlichen Fokuseinstellungen aufgenommen werden, um einen Stapel mit unterschiedlich fokussierten optischen Abbildungen eines untersuchten Bereichs eines Objekts mit Nano - und Mikrostrukturen zu erhalten.
Entsprechend weist eine erfindungsgemäße optische Anordnung eine Objekthalterung zur Aufnahme des zu untersuchenden Objekts mit den Nano - oder Mikrostrukturen auf, welche geeignet ist das Objekt im Objektbereich eines Objektivs der optischen Anordnung scannend zu bewegen. Gleichzeitig umfasst die optische Anordnung im Bildbereich des Objektivs mehrere Bildsensoren, die jeweils flächige, d.h. zweidimensionale Abbildungen des zu untersuchenden Objekts erfassen können, sodass entsprechend des Scanfortschritts die verschiedenen Bildsensoren im Bildbereich des Objektivs den jeweils gleichen flächigen, d.h. zweidimensionalen Bereich eines zu untersuchenden Objekts mit Nano - oder Mikrostrukturen aufeinanderfolgend erfassen können. Anstelle von mehreren separaten Bildsensoren zur flächigen bzw. zweidimensionalen Erfassung von Abbildungen kann auch ein einzelner Bildsensor mit separat auslesbaren Bereichen vorgesehen sein, der ebenfalls geeignet ist, in den verschiedenen separat auslesbaren Bereichen aufeinanderfolgend mehrere flächige bzw. zweidimensionale Abbildungen zu erfassen.
Durch die Bewegung des zu untersuchenden Objekts mit den Nano - oder Mikrostrukturen durch den Objektbereich und die entsprechende fortlaufende Erfassung von Abbildungen des zu untersuchenden Bereichs des Objekts in den mehreren Bildsensoren im Bildbereich des Objektivs wird ähnlich der bekannten Aufnahmetechnik, bei der ein bewegtes Objekt auf einen sich bewegenden Film aufgenommen wird, erreicht, dass bei einer schnellen Bearbeitung, d.h. eine Erfassung des zu untersuchenden Objekts in einem Scanvorgang, gleichwohl eine hohe Auflösung erzielt wird. Dies wird zusätzlich unterstützt durch die gleichzeitige Variation des Fokus, sodass Abbildungsfehler, wie Bildfeldkrümmung oder Astigmatismus korrigiert werden können.
Der so erhaltene Stapel von Abbildungen des gleichen zu untersuchenden Bereichs des Objekts mit Nano - oder Mikrostrukturen kann zur Identifizierung von möglichen Fehlern in den Nano - oder Mikrostrukturen mit einem Stapel von Referenzabbildungen von Referenzstrukturen verglichen werden, die in der gleichen Art und Weise erzeugt worden sind. Die Referenzstrukturen sind theoretisch bzw. im Idealfall identisch zu den zu inspizierenden Nano - oder Mikrostrukturen des zu untersuchenden Objekts, sodass durch einen Vergleich des Abbildungsstapel von Abbildungen des zu untersuchenden Objekts mit den Referenzabbildungen Fehler in einfacher Weise ermittelt werden können.
Die Bewegung des zu untersuchenden Objekts durch den Objektbereich des Objektivs kann schrittweise oder kontinuierlich erfolgen, wobei die entsprechende Erfassung des zu untersuchenden Objekts durch die Bildsensoren in geeigneter Weise angepasst ist.
Um die mehreren Bildsensoren zur Erfassung der zweidimensionalen Abbildungen des zu untersuchenden Objekts im Bildbereich des Objektivs unterzubringen, muss das Objektiv ein größeres Bildfeld aufweisen, als dies bei Objektiven für Inspektionsanlagen dieser Art im Stand der Technik üblich ist. Insbesondere muss das Bildfeld des Objektivs zumindest in einer Dimension der Mehrzahl der Dimensionen der verwendeten Bildsensoren entsprechen.
Die entsprechende optische Anordnung umfasst eine Steuereinheit zur Steuerung der Objekthalterung bzw. der Bewegung derselben sowie zur Steuerung der Bildsensoren oder der separaten Bereiche eines Bildsensors, sodass während der Bewegung des zu untersuchenden Objekts durch den Objektbereich der gleiche zu untersuchende Bereich des Objekts mit Nano - oder Mikrostrukturen der Reihe nach auf die verschiedenen Bildsensoren oder Bereiche eines Bildsensors im Bildbereich des Objektivs abgebildet wird.
Ein Stapel von Abbildungen des zu untersuchenden Objekts mit unterschiedlichen Fokuseinstellungen kann, wie bereits erwähnt, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem Scanvorgang, also bei einer unidirektionalen bzw. translatorischen Bewegung des Objekts durch den Objektbereich erzeugt werden. Alternativ ist es jedoch auch möglich mehrere Abbildungen mit unterschiedlichen Fokuseinstellungen durch wiederholte Scanvorgänge zu erfassen. Zwar wird dadurch die Erfassungszeit vergrößert, aber abhängig von der Größe des Bildbereichs und der Größe der Bildsensoren bzw. des aufzunehmenden Bereichs des zu untersuchenden Objekts wird gleichwohl bei einem hohen Auflösungsvermögen eine akzeptable Bearbeitungszeit realisiert.
Die unterschiedlichen Fokussierungen der Abbildungen in einem Abbildungsstapel können durch verschiedene Maßnahmen oder Kombinationen davon realisiert werden.
Zum einen kann die Fokuseinstellung des Objektivs verändert werden, wobei bei einem Objektiv mit einer entsprechenden Fokussiereinrichtung die Fokuseinstellung des Objektivs automatisiert vorgenommen werden kann..
Darüber hinaus ist es möglich das zu untersuchende Objekt bezüglich der Fokuslage zu bewegen, d.h. durch eine kontinuierlich oder schrittweise Bewegung der zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen quer, insbesondere senkrecht zur Objektebene des Objektivs die Fokuseinstellung bezüglich des zu untersuchenden Bereichs zu verändern.
Eine weitere Möglichkeit, die Fokussierung des abzubildenden Bereichs zu verändern, besteht darin, die Bildsensoren bzw. die separaten Bereiche eines Bildsensors, die separat auslesbar sind, schräg zur Bildebene des Objektivs anzuordnen, sodass entsprechend der Position des Bildsensors unterschiedliche Fokuseinstellungen bei der Erfassung der Abbildung gegeben sind.
Neben der Anordnung der Bildsensoren oder der separat auslesbaren Bereiche eines Bildsensors in einer Ebene, die in einem Winkel α schräg zur Bildebene des Objektivs angeordnet ist, kann jeder Bildsensor oder jeder separate Bereich eines Bildsensors in einer anderen Ebene angeordnet sein, wobei die verschiedenen Ebenen, in denen die Bildsensoren angeordnet sind, jeweils parallel zur Bildebene verlaufe. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass es lediglich auf die unterschiedliche Anordnung bezüglich der Bildebene ankommt, um unterschiedliche Fokuseinstellungen zu realisieren. Es ist somit auch möglich die Bildsensoren mithilfe von Umlenkspiegeln oder Strahlteilern oder dergleichen lokal unterschiedlich anzuordnen, um beispielsweise gegebene Platzverhältnisse berücksichtigen zu können.
Die Abbildungen der zu untersuchenden Nano - und Mikrostrukturen und die Referenzabbildungen der Referenzstrukturen können mithilfe der gleichen, insbesondere derselben optischen Anordnung oder mit entsprechenden vergleichbaren optischen Anordnungen erstellt werden.
Aus dem Stapel von Abbildungen kann ein kombiniertes Bild der zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen erzeugt werden, wobei in dem Bild verschiedene Bereiche verschiedener Abbildungen Verwendung finden können, die die jeweils beste Fokussierung für den jeweiligen Bereich aufweisen. Dadurch lassen sich Abbildungsfehler, wie Astigmatismus und Bildfeldkrümmung, in dem erzeugten Bild des zu untersuchenden Objekts eliminieren. Beispielsweise können bei abzubildenden Strukturen, die Kanten in zwei orthogonalen Richtungen aufweisen, diese Kanten entlang den Hauptrichtungen des Astigmatismusfehlers des Objektivs ausgerichtet werden, sodass ein bezüglich des Astigmatismus korrigiertes Bild aus den Abbildungen des Fokusstapels rekonstruiert werden kann, indem für die entsprechenden Strukturrichtungen das jeweils beste Bild oder der beste Bildbereich aus dem Abbildungsstapel ausgewählt wird.
Zur Verbesserung des Ergebnisses kann das Verfahren wiederholt durchgeführt werden. Insbesondere ist es möglich die Erfassung der mehreren Abbildungen mit unterschiedlichen Fokuseinstellungen mindestens einmal zu wiederholen, bis ein Stapel aus mehreren Abbildungen vorliegt, der bezüglich der besten Fokusposition symmetrisch ist, also beispielsweise gleich viele über-und unterfokussierte Abbildungen zu einer Abbildung mit bester Fokuseinstellung aufweist.
Die beste Fokusposition mit der besten Fokussierung kann bezüglich der optischen Achse und dem Rest des Bildfelds eingestellt werden, beispielsweise dadurch, dass das Objekt mit der Objekthalterung in seiner Position in Richtung der optischen Achse verändert wird. Alternativ kann die optimale Fokusposition insbesondere am Ort der optischen Achse auch durch die Veränderung des Fokussierungssystems des Objektivs eingestellt werden. Für die Einstellung der besten Fokusposition für den Rest des Bildfeldes kann dann eine entsprechende Korrektur nach einer Kalibrierung immer gleichartig vorgenommen werden.
Für die Aufnahme der die fokussierten Abbildungen kann es erforderlich sein, dass die von den Bildsensoren erfassten Bildfeldbereiche bzw. die zur Auswertung herangezogenen Bildbereiche mit zunehmender Defokussierung vergrößert werden, um die vollständige Information der defokussierten Abbildung zur erfassen.
Für die Erzeugung von entsprechenden Abbildungen bzw. Bildern des zu untersuchenden Objekts sowie deren Auswertung können bekannte Bildverarbeitungsmethoden wie Interpolation oder rechnerische Ausrichtung des Bildes zum Referenzbild Anwendung finden.
Ferner ist es möglich sowohl das Beleuchtungslicht zur Beleuchtung des zu untersuchenden Objekts als auch das Abbildungslicht im Abbildungsstrahlengang zu beeinflussen, beispielsweise hinsichtlich des Polarisationszustands oder hinsichtlich der Verteilung des Lichts in der Beleuchtungspupille bzw. Abbildungspupille. Hierzu kann die entsprechende optische Anordnung in einer Beleuchtungsanordnung mit einem Beleuchtungsstrahlengang Polarisationselemente und oder sonstige optische Elemente zur Beeinflussung des Beleuchtungslichts aufweisen. In gleicher Weise kann das Objektiv ebenfalls entsprechende Polarisationselemente und / oder weitere optische Elemente zur Beeinflussung des Abbildungslichts umfassen.
Darüber hinaus können Farbfilter im Bildbereich des Objektivs vor den Bildsensoren oder den separaten Bereichen eines Bildsensors und insbesondere unterschiedliche Farbfilter angeordnet sein, um Farblängsfehler zu korrigieren.
Die Bildsensoren können aus der Gruppe ausgewählt sein, die Vollfeldbildsensoren, CCD - Sensoren, CMOS - Sensoren und TDI - Sensoren sowie Kombinationen davon umfasst.
Die optische Anordnung kann weiterhin eine Auswerteeinheit zum automatisierten Vergleich der Mehrzahl von optischen Abbildungen der zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen mit einer Mehrzahl von Referenzabbildungen aufweisen.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in

1 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung mit einer Detaildarstellung des Bildfeldes in Draufsicht,
2 bis 6 weitere Darstellungen gemäß der 1 mit unterschiedlicher Position des zu untersuchenden Objekts gemäß dem Scanfortschritt und der gleichzeitigen Aktivierung unterschiedlicher Bildsensoren zur Erfassung der Abbildung der zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen des Objekts,
7 eine weitere Darstellung eines Bildfeldes einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung mit den im Bildbereich angeordneten Bildsensoren,
8 die dazugehörige Seitenansicht des Bildbereichs mit Bildebene und Bildsensoren sowie in
9 eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele ersichtlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
Die 1 zeigt in einer rein schematischen seitlichen Darstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung, mit welcher ein Verfahren zur Inspektion von Nano -oder Mikrostrukturen eines Objekts gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden kann.
Die optische Anordnung umfasst eine Objekthalterung 2, auf der ein Objekt 1 mit Nano - oder Mikrostrukturen angeordnet werden kann, welches untersucht werden soll. Die Objekthalterung 2 ist beweglich, sodass das darauf gelagerte Objekt 1 in einem Objektbereich 4 bewegbar ist. Der Objektbereich 4 ist durch ein Objektiv 3 definiert, mit welchem das Objekt 1 bzw. die daran angeordneten Nano - oder Mikrostrukturen in einen Bildbereich 6 des Objektivs 3 abgebildet werden können, in dem mehrere Bildsensoren 7 bzw. ein Bildsensor mit separat auslesbaren Bereichen zur Erfassung von Abbildungen des Objekts 1 angeordnet sind. Die optische Anordnung kann mit sichtbarem Licht betrieben werden und kann insbesondere durch ein Lichtmikroskop gebildet sein.
Durch das Objektiv 3 wird neben dem Objektbereich 4 mit einer Objektebene 5 eine Bildebene 11 definiert, sodass ein Objekt 1 in der Objektebene 5 durch das Objektiv 3 in die Bildebene 11 abgebildet werden kann.
Wie sich aus der Darstellung der 1 und insbesondere der Detaildarstellung des Bildfeldes 12 in der 1 ergibt, ist das Bildfeld 12 so groß dimensioniert, dass mehrere Bildsensoren 7 bzw. mehrere separat auslesbare Bereiche eines Bildsensors in dem Bildfeld 12 angeordnet sein können. Entsprechend ist das Bildfeld 12 um das Vielfache größer als bei üblichen optischen Anordnungen, die zur Abbildung der zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen im Stand der Technik eingesetzt werden.
Aus der seitlichen Darstellung der 1 ist zu erkennen, dass bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Bildsensoren 7 bzw. die separat auslesbaren Bereiche eines Bildsensors in einer Ebene 15 nebeneinander angeordnet sind, die in einem Winkel α schräg zur Bildebene 11 des Bildfeldes 12 ausgerichtet ist. Entsprechend nehmen einzelne Bildsensoren 7 ein Objekt 1, welches sich in der Objektebene 5 befindet, defokussiert auf, wenn sie sich oberhalb oder unterhalb der Bildebene 11 befinden.
Wie bereits vorher erwähnt, ist die Objekthalterung 2 beweglich ausgebildet, wobei die Objekthalterung 2 sich parallel zur Objektebene 5 vorzugsweise in einer unidirektionalen, translatorischen Bewegung bewegen kann. Die Bewegung der Objekthalterung 2 wird durch eine Steuereinheit 9 gesteuert, die über eine Signal - und Datenleitung 10 mit der Objekthalterung 2 verbunden ist, um beispielsweise entsprechende Steuerdaten an den Antrieb der Objekthalterung 2 zu übermitteln.
Darüber hinaus ist die Steuereinheit 9 über Signal - und Datenleitungen 10 sowohl mit dem Objektiv 3 als auch mit den Bildsensoren 7 verbunden. Entsprechend kann die Steuereinheit 9 Steuersignale an die Bildsensoren 7 übermitteln, um die Bildsensoren 7 für die Erfassung einer Abbildung zu aktivieren und die erfassten Bildinformationen über die Daten - und Steuerleitung 10 auszulesen. Durch die Verbindung der Steuereinheit 9 mit dem Objektiv 3 kann das Objektiv 3 mit einer Autofokusfunktion automatisiert in der Fokuseinstellung variiert werden, sodass Objekt - und Bildebene 5, 11 angepasst werden können.
Gemäß der Erfindung ist die Steuereinheit 9 so eingerichtet, dass entsprechend der Bewegung der Objekthalterung 2 mit dem zu untersuchenden Objekt 1 entlang der Objektebene 5 die einzelnen Bildsensoren 7 bzw. separat auslesbaren Bereiche eines Bildsensors zur Aufnahme einer entsprechenden Abbildung gesteuert werden, sodass durch einen Scanvorgang, bei dem das Objekt 1 auf der Objekthalterung 2 entsprechend der Scanrichtung 14 im Objektbereich 4 des Objektivs 3 entlang der Objektebene 5 bewegt wird, mehrere Abbildungen von den Bildsensoren 7 im Bildbereich 6 des Objektivs erfasst werden, wobei durch die schräge Anordnung der Reihe von Bildsensoren 7 die Abbildungen mit unterschiedlicher Fokussierung erfasst werden.
Bei der in 1 dargestellten Situation befindet sich das Objekt 1 am Beginn der Scanbewegung entlang der Scanrichtung 14 und der erste Bildsensor 7 ist zur Erfassung einer Abbildung des Objekts 1 bzw. der darauf angeordneten Nano - oder Mikrostrukturen aktiviert.
Wie sich aus den 2 bis 6 ergibt, wird beim Fortschreiten des Scanvorgangs das Objekt 1 mit der Objekthalterung 2 durch den Objektbereich 4 des Objektivs 3 entlang der Objektebene 5 bewegt und gleichzeitig werden der Reihe nach die nebeneinander angeordneten Bildsensoren 7 zur Erfassung der Abbildung des Objekts 1 von der Steuereinheit 9 aktiviert. Dadurch werden bei einem Scanvorgang mehrere Abbildungen des gleichen Objekts 1 bzw. der gleichen Nano - oder Mikrostrukturen mit unterschiedlicher Fokussierung erfasst. Während die mittleren Bildsensoren 7 sich bezogen auf die Objektebene 5 annähernd im Bereich des besten Fokus in der Bildebene 11 befinden, sind die am Rand der Reihe von Bildsensoren 7 angeordneten Bildsensoren 7 außerhalb des auf die Objektebene 5 bezogenen Fokus und erfassen entsprechend defokussierte bzw. unter - oder überfokussierte Abbildungen.
Aus den erfassten Abbildungen lassen sich verschiedene Informationen gewinnen. So kann beispielsweise aus einem Stapel von verschiedenen Abbildungen mit unterschiedlicher Fokussierung für jeden Bildpunkt der zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen, die jeweils auf einen der Bildsensoren 7 abgebildet worden sind, die optimale Fokusposition ausgewählt werden und entsprechend kann ein Bild der zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen aus der Vielzahl von Abbildungen zusammengesetzt werden, wobei für jeden Bildbereich des zusammengesetzten Bildes der Bildbereich der Abbildung mit der besten Fokusposition ausgewählt werden kann. Entsprechend lassen sich optische Fehler wie Bildfeldkrümmung oder Astigmatismus korrigieren.
Neben der Erzeugung eines aus der Vielzahl der Abbildungen mit unterschiedlichem Fokus kombinierten Bildes mit optimaler Fokussierung für möglichst jeden Bildpunkt des zusammengesetzten Bildes können die Abbildungen bzw. der Stapel von Abbildungen mit unterschiedlicher Fokussierung auch direkt mit einem Stapel von Referenzabbildungen von Referenzstrukturen verwendet werden, um Abweichungen der untersuchten Nano - oder Mikrostrukturen von Referenzstrukturen in einfacher Weise zu erfassen. Hierzu ist es lediglich erforderlich ein Referenzobjekt mit entsprechenden Referenzstrukturen, die also im Wesentlichen der Idealform der zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen entsprechen, in der gleichen Weise abzubilden, sodass bei einem Vergleich des Stapels von Abbildungen der zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen mit dem Stapel von Referenzabbildungen der Referenzstrukturen Abweichungen in einfacher Weise erfasst werden können. Damit lassen sich bei der Herstellung von nano - oder mikrostrukturierten Bauteilen der Mikroelektronik oder Mikrosystemtechnik Produktionsfehler mit hoher Geschwindigkeit ermitteln, wobei die Inspektion bzw. Überprüfung der Bauteile weitgehend automatisiert erfolgen kann.
Die optische Anlage kann entsprechend eine Auswerteeinheit umfassen, die in der Steuereinheit 9 integriert sein kann, wobei die Auswerteeinheit gespeicherte Referenzabbildungen mit den von den Bildsensoren 7 erfassten Abbildungen vergleichen kann, um Abweichungen festzustellen.
Die 7 zeigt ein Bildfeld 12 entsprechend den Detaildarstellungen in den 1 bis 6, wobei in dem Bildfeld 12 der 7 acht statt sechs Bildsensoren 7 bzw. separat auslesbare Bereiche eines Bildsensors nebeneinander angeordnet sind. Durch den Pfeil wird wiederum die Scanrichtung 14 angezeigt, in der das zu untersuchende Objekt mit den Nano - und oder Mikrostrukturen durch den Objektbereich 4 bewegt wird und die Bildsensoren entsprechend dem Bewegungsfortschritt zur Aufnahme der Abbildung geschaltet werden.
Im dazugehörigen Bild der 8 ist die Anordnung der Bildsensoren 7 in einer Seitenansicht gezeigt. Dieser Figur ist somit zu entnehmen, dass anders als bei der Ausführungsform der 1 bis 6 die Bildsensoren 7 nicht in einer Ebene 15 angeordnet sind, die schräg zur Bildebene 11 verläuft, sondern dass die Bildsensoren 7 in der Höhe, d.h. in Richtung der optischen Achse versetzt zueinander in unterschiedlichen zur Bildebene 11 parallelen Ebenen angeordnet sind. Auch dadurch wird erreicht, dass die Bildsensoren 7 Abbildungen des Objekts in unterschiedlicher Fokuslage aufnehmen.
Bei der Ausführungsform der 1 bis 6 ist weiterhin die Möglichkeit gezeigt, die Fokuslage durch eine entsprechende Einstellung des Objektivs 3, insbesondere automatisiert über die Daten - und Signalleitung 10 zu variieren und / oder die Fokuslage des abzubildenden Objekts 1 durch eine Bewegung der Objekthalterung 2 entlang der optischen Achse, wie durch den Doppelpfeil angezeigt, zu variieren. Auch diese Arten der Änderung der Fokuslage während des Scanvorgangs sind denkbar.
Zur Verbesserung der Messergebnisse kann ein Scanvorgang mit der Erstellung von mehreren Abbildungen mit unterschiedlicher Fokussierung wiederholt bzw. mehrmals nacheinander durchgeführt werden, um beispielsweise die für die Abbildung der zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen beste Fokusposition zu ermitteln und einen Stapel von Abbildungen mit unterschiedlichen Fokussierungen mit symmetrischer Defokussierung zur besten Fokuslage zu erzeugen. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 bis 6 würde dies bedeuten, dass nach einem ersten Scanvorgang durch eine Bewegung der Objekthalterung 2 entlang der optischen Achse 13 das Objekt 1 bezüglich der optimalen Fokuslage eingestellt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Fokussierung doch eine Einstellung des Autofokus des Objektivs 3 verändert werden. Entsprechend sind dann bei einem zweiten Scanvorgang die mittleren Bildsensoren 7 auf den besten Fokus bezüglich der Bildebene 11 ausgerichtet, während die Bildsensoren 7 an den Rändern die symmetrisch zur besten Fokuslage defokussierten Abbildungen aufnehmen.
Darüber hinaus kann für einen zweiten oder weitere Scanvorgänge die Anordnung des Objekts 1 in der Objekthalterung 2 so verändert werden, dass bei abzubildenden Strukturen mit vorzugsweise in zwei orthogonalen Richtungen vorliegenden Kanten diese Kanten entlang der Hauptrichtungen eines Astigmatismusfehlers des Objektivs ausgerichtet werden, sodass der Astigmatismus des Objektivs optimal korrigiert werden kann.
Wie sich aus der 8 ergibt, kann ein Farblängsfehler durch Anordnung von entsprechenden Farbfiltern 16 vor den Bildsensoren 7 bzw. den separat auslesbaren Bereichen eines Bildsensors korrigiert werden.
Neben den Farbfiltern 16 ist es auch denkbar im Objektiv 3 bzw. im Abbildungsstrahlengang Polarisationselemente zur Beeinflussung der Polarisation des Abbildungslichts oder optische Elemente zur Beeinflussung der Lichtverteilung in der Abbildungspupille vorzusehen.
In gleicher Weise lassen sich auch Polarisationselemente oder sonstige optische Elemente 19 zur Beeinflussung des Beleuchtungslichts in einer Beleuchtungsanordnung 17 zur Beleuchtung des abzubildenden Objekts 1 anbringen, wie schematisch in der 9 hinsichtlich einer Ausführungsform der optischen Anordnung vergleichbar der optischen Anordnung des Ausführungsbeispiels der 1 bis 6 gezeigt ist. In der Beleuchtungsanordnung 17 ist neben der Lichtquelle 18 schematisch ein optisches Element19, wie beispielsweise ein Polarisationsfilter, gezeigt.
Darüber hinaus kann das Verfahren zur Inspektion bzw. Überprüfung von Nano - oder Mikrostrukturen so durchgeführt werden, dass die gesamte Anzahl der Abbildungen eines Stapels von Abbildungen mit unterschiedlicher Fokussierung nicht in einem Scanvorgang erfasst wird, sondern in mehreren Teilschritten. Obwohl sich dadurch die Gesamtdauer der Inspektion erhöht, besteht gegenüber Verfahren aus dem Stand der Technik gleichwohl ein Genauigkeits - bzw. Auflösungs - und Zeitvorteil.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Insbesondere schließt die vorliegende Offenbarung sämtliche Kombinationen der in den verschiedenen Ausführungsbeispielen gezeigten Einzelmerkmale mit ein, sodass einzelne Merkmale, die nur in Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben sind, auch bei anderen Ausführungsbeispielen oder nicht explizit dargestellten Kombinationen von Einzelmerkmalen eingesetzt werden können.
Bezugszeichenliste

1: Objekt mit zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen
2: bewegliche Objekthalterung
3: Objektiv
4: Objektbereich
5: Objektebene
6: Bildbereich
7: Bildsensoren oder separat auslesbare Bereiche eines Bildsensors
8: aktiver Bildsensor oder Bereich eines Bildsensors
9: Steuerung
10: Daten - und / oder Steuerungsleitungen
11: Bildebene
12: Bildfeld
13: optische Achse
14: Scanrichtung
15: Ebene
16: Farbfilter
17: Beleuchtungsanordnung
18: Lichtquelle
19: optisches Element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2477055 [0006]
US 6583865 B2 [0006]
US 7702181 B2 [0007]
US 4845558 A [0008]

Claims

Verfahren zur Inspektion von Nano - oder Mikrostrukturen eines Objekts (1) durch Vergleich einer Mehrzahl von optischen Abbildungen der zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen mit einer Mehrzahl von Referenzabbildungen von idealerweise zu den zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen identischen Referenzstrukturen, wobei die Mehrzahl von optischen Abbildungen und die Mehrzahl von Referenzabbildungen jeweils mit unterschiedlichen Fokuseinstellungen mit Hilfe einer optischen Anordnung erstellt werden, wobei die optische Anordnung einen Objektbereich (4) und einen Bildbereich (6) aufweist, wobei der Bildbereich (6) mehrere Bildsensoren (7) oder mehrere separat auslesbare Bereiche eines Bildsensors aufweist und die zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen des Objekts (1) so durch den Objektbereich (4) bewegt werden, dass die gleichen zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen auf die verschiedenen Bildsensoren (7) oder separaten Bereiche eines Bildsensors abgebildet werden, wobei jeder Bildsensor (7) oder jeder separate Bereich eines Bildsensors eine Abbildung mit unterschiedlicher Fokussierung erfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen des Objekts (1) schrittweise oder kontinuierlich durch den Objektbereich (4) bewegt werden und entsprechend der Bewegung der zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen durch den Objektbereich die Bildsensoren (7) oder die separaten Bereiche des Bildsensors die zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen erfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildsensoren (7) oder die separaten Bereiche eines Bildsensors sequentiell nacheinander entsprechend der Bewegung der zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen durch den Objektbereich eine Abbildung erfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Abbildungen bei einer insbesondere unidirektionalen Bewegung der zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen durch den Objektbereich (4) oder mehreren wiederholten, insbesondere unidirektionalen Bewegungen der zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen hintereinander erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Fokussierungen der mehreren Abbildungen durch eine oder mehrere Maßnahmen realisiert wird, die umfassen: eine Veränderung des Fokus des Objektivs (3), eine kontinuierliche oder schrittweise Bewegung der zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen quer, insbesondere senkrecht zur Objektebene (5) des Objektivs während oder zwischen der Erzeugung der Abbildungen, durch eine zur Bildebene (11) des Objektivs schräge Anordnung der Bildsensoren oder der separaten Bereiche eines Bildsensors und die Anordnung der Bildsensoren oder der separaten Bereiche eines Bildsensors in verschiedenen Ebenen parallel zur Bildebene (11).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Abbildungen der zu untersuchenden Nano - und Mikrostrukturen und die Referenzabbildungen der Referenzstrukturen mit Hilfe der gleichen optischen Anordnung oder einer entsprechenden optischen Anordnung erstellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den mehreren Abbildungen ein Bild erzeugt wird, bei dem Bereiche verschiedener Abbildungen mit der jeweils besten Fokussierung für den jeweiligen Bereich kombiniert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren wiederholt durchgeführt wird und / oder dass die Erfassung mehreren Abbildungen mindestens einmal wiederholt wird, bis ein Stapel aus mehreren Abbildungen symmetrisch zur Fokusposition vorliegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokusposition bezüglich der optischen Achse und dem Rest des Bildfelds eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Bildsensoren (7) oder den separaten Bereichen des einen Bildsensors erfassten Bildfeldbereiche mit zunehmender Defokussierung vergrößert werden.
Optische Anordnung zur Inspektion von Nano - oder Mikrostrukturen eines Objekts (1), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Objekthalterung (2) zur Anordnung eines Objekts (1) mit zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen, einem Objektiv (3) zur Abbildung eines im Objektbereich (4) des Objektivs in der Objekthalterung befindlichen Objekts, einen Bildbereich (6) mit mehreren Bildsensoren (7) oder mehreren separat auslesbaren Bereichen eines Bildsensors, in welche das Objektiv (3) die im Objektbereich des Objektives befindlichen Nano - oder Mikrostrukturen des zu untersuchenden Objekts abbildet, und mit einer Steuereinheit (9) zur Steuerung der Objekthalterung (2) und der Bildsensoren (7) oder der separaten Bereiche des einen Bildsensors, sodass die gleichen zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen des Objekts auf die verschiedenen Bildsensoren oder Bereiche des einen Bildsensors abgebildet werden.
Optische Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildsensoren (7) ausgewählt sind aus der Gruppe, die Vollfeldbildsensoren, CCD - Sensoren, CMOS - Sensoren und TDI - Sensoren oder Kombinationen davon umfasst.
Optische Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Bildsensoren (7) oder die mehreren separaten Bereiche eines Bildsensors in einer Ebene (15) angeordnet sind, die gegenüber der Bildebene (11) einen Winkel α einschließt.
Optische Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Bildsensoren (7) in verschiedenen Ebenen parallel zur Bildebene (11) angeordnet sind.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Objekthalterung (2) linear oder zweidimensional parallel zu einer Objektebene (5) des Objektivs und / oder quer, insbesondere senkrecht zur Objektebene des Objektivs im Objektbereich (4) bewegbar ist.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anordnung weiterhin eine automatisiert einstellbare Fokussiereinrichtung aufweist, mit der unterschiedliche Fokuseinstellungen des Objektivs für die Abbildung des in der Objekthalterung befindlichen Objekts einstellbar sind.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anordnung weiterhin eine Auswerteeinheit zum automatisierten Vergleich einer Mehrzahl von optischen Abbildungen der zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen mit einer Mehrzahl von Referenzabbildungen von idealerweise zu den zu untersuchenden Nano - oder Mikrostrukturen identischen Referenzstrukturen.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Bildbereich (6) vor den Bildsensoren oder den separaten Bereichen des einen Bildsensors Farbfilter (16), insbesondere unterschiedliche Farbfilter angeordnet sind.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anordnung eine Beleuchtungsanordnung (17) mit einem Beleuchtungsstrahlengang umfasst, wobei im Beleuchtungsstrahlengang Polarisationselemente zur Beeinflussung des Polarisationszustands des Beleuchtungslichts und / oder weitere optische Elemente (19) zur Beeinflussung der Verteilung des Beleuchtungslichts in einer Beleuchtungspupille angeordnet sind.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv (3) Polarisationselemente zur Beeinflussung des Polarisationszustands des Abbildungslichts und / oder weitere optische Elemente zur Beeinflussung der Verteilung des Abbildungslichts in einer Abbildungspupille umfasst.