DE102012203947A1

DE102012203947A1 - Optisches System einer Waferinspektionsanlage, sowie Verfahren zum Betreiben einer Waferinspektionsanlage

Info

Publication number: DE102012203947A1
Application number: DE201210203947
Authority: DE
Inventors: Ingo Sänger; Michael Totzeck; Frank Schlesener; Daniel Krähmer; Reiner Garreis; Bernd Reimann
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2013-03-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches System einer Waferinspektionsanlage, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Waferinspektionsanlage. Ein optisches System einer Waferinspektionsanlage weist einen Polarisationsstrahlteiler (12), wenigstens ein transmissives optisches Element (15) und eine zur Erzeugung eines magnetischen Feldes im Bereich dieses transmissiven optischen Elementes (15) geeignete Anordnung auf, wobei das transmissive optische Element (15) im Betrieb der Waferinspektionsanlage eine Drehung der Polarisationsrichtung von an dem Polarisationsstrahlteiler (12) reflektiertem, linear polarisiertem Licht infolge einer in dem transmissiven optischen Element (15) erfolgenden Faraday-Rotation bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System einer Waferinspektionsanlage, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Waferinspektionsanlage.
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD’s, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
Waferinspektionsanlagen dienen dazu, den Wafer auf Defekte, Verunreinigungen etc. zu untersuchen. Dabei besteht im Betrieb einer Waferinspektionsanlage auch der Bedarf, die Untersuchung auf Defekte etc. für unterschiedliche (insbesondere zueinander orthogonale) Polarisationsrichtungen des auf den Wafer eingestrahlten Lichtes sowie auch in einem größeren Wellenlängenbereich (z.B. für Wellenlängen im Bereich von ca. 200 nm bis ca. 850 nm) vorzunehmen.
Ein beispielhafter Aufbau einer Waferinspektionsanlage 450 ist lediglich schematisch und vereinfacht in 5 dargestellt. In der Waferinspektionsanlage 450 dient ein optisches System 400 zur Einstellung eines gewünschten Polarisationszustandes des hindurchtretenden Lichtes, wobei insbesondere in einem herkömmlichen Ansatz aus ursprünglich unpolarisiertem Licht zwei zueinander orthogonale Polarisationszustände erzeugt werden können, um sodann Licht mit einem dieser Polarisationszustände über einen weiteren Aufbau aus einem auf einen Umlenkspiegel 401 folgenden (nichtpolarisierenden) Strahlteiler 402 auf den Wafer 403 einzukoppeln und das an den zu untersuchenden Strukturen (z.B. Defekte, Verunreinigungen etc.) gebeugte Licht nach erneutem Durchlaufen des Strahlteilers 402 in einer Detektoreinheit 404 aufzufangen.
Hierbeit tritt in der Praxis das Problem auf, dass sowohl im Bereich des optischen Systems 400 zur Einstellung des gewünschten Polarisationszustandes als auch im Bereich des Strahlteilers 402 signifikante Transmissionsverluste (typischerweise jeweils in der Größenordnung von 50%) auftreten. Ein weiteres Problem resultiert aus den erforderlichen Schaltzeiten bei der Umschaltung des jeweiligen, bei der Untersuchung des Wafers gewünschten Polarisationszustandes. Dabei können im Betrieb einer Waferinspektionsanlage zu große Schaltzeiten sowie Transmissionsverluste etwa bei der Polarisationseinstellung zu einer Verschlechterung der Performance der Anlage führen.
Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System einer Waferinspektionsanlage sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Waferinspektionsanlage bereitzustellen, welche in effizienter Weise und unter Reduzierung bzw. Minimierung von Intensitätsverlusten eine Waferinspektion mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen des auf den Wafer eingestrahlten Lichtes ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Ein erfindungsgemäßes optisches System einer Waferinspektionsanlage weist auf:

– einen Polarisationsstrahlteiler;
– wenigstens ein transmissives optisches Element; und
– eine zur Erzeugung eines magnetischen Feldes im Bereich dieses transmissiven optischen Elementes geeignete Anordnung;
– wobei das transmissive optische Element im Betrieb der Waferinspektionsanlage eine Drehung der Polarisationsrichtung von an dem Polarisationsstrahlteiler reflektiertem, linear polarisiertem Licht infolge einer in dem transmissiven optischen Element erfolgenden Faraday-Rotation bewirkt.

Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, den Faraday-Effekt (d.h. die Drehung der Polarisationsrichtung bzw. der Schwingungsrichtung des elektrischen Feldstärkevektors in bestimmten, transmissiven Materialien bei anliegendem magnetischem Feld) in Verbindung mit einem Polarisationsstrahlteiler dazu auszunutzen, den Polarisationsstrahlteiler zum einen (bzw. in einem ersten Lichtdurchlauf) unter maximaler Reflexion und zum anderen (bzw. in einem zweiten Lichtdurchlauf) auch in maximaler Transmission zu betreiben, um so sowohl eine Einkopplung des Lichtes in den Wafer als auch (nach Beugung des Lichtes an den Waferstrukturen) in eine Detektoreinheit unter Minimierung von Transmissionsverlusten zu erzielen, wobei zwischen diesen beiden Lichtdurchläufen eine Drehung der Polarisationsrichtung unter Ausnutzung des Faraday-Effekts erfolgt. Insbesondere kann das in der Waferinspektionsanlage zur Untersuchung der Waferstrukturen verwendete linear polarisierte Licht zunächst – mittels Reflexion am Polarisationsstrahlteiler – mit möglichst großem Intensitätserhalt auf den Wafer eingekoppelt und dann – nach Beugung an den zu untersuchenden Waferstrukturen – mit ebenfalls möglichst großem Intensitätserhalt – mittels Transmission durch den Polarisationsstrahlteiler einer Detektoreinheut zugeführt werden.
Hierbei wird der Umstand ausgenutzt, dass es sich bei dem Faraday-Effekt um einen nicht-zeitumkehrinvarianten Effekt handelt, mit der Folge, dass ein in dem erfindungsgemäßen Aufbau mit dem Einkoppeln des linear polarisierten Lichtes auf den Wafer und dem anschließenden Einkoppeln des an den Waferstrukturen gebeugten linear polarisierten Lichtes in die Detektoreinheit einhergehender, zweifacher Durchlauf des zwischen Polarisationsstrahlteiler und Wafer befindlichen transmissiven Elements im Ergebnis nicht etwa – wie z.B. bei der in kristallinem Quarz ohne angelegtes Magnetfeld auftretenden optischen Aktivität wegen Hin- und Zurückdrehung der Polarisationsrichtung – polarisationsneutral ist, sondern vielmehr zu einem im Vergleich zu einem nur einmaligen Durchlauf doppelten Wert des Polarisationsdrehwinkels führt. Dies ermöglicht es wiederum, den Polarisationsstrahlteiler zunächst zur Einkopplung in den Wafer – d.h. vor den stattfindenden Faraday-Rotationen – mit maximaler Reflexion zu betreiben, und den Polarisationsstrahlteiler dann – d.h. nach den Faraday-Rotationen – mit maximaler Transmission zu betreiben, indem nämlich die Polarisationsrichtung des auf den Polarisationsstrahlteiler auftreffenden linear polarisierten Lichtes jeweils entsprechend gewählt wird. Diese Wahl der Polarisationsrichtung erfolgt beim erstmaligen Auftreffen auf den Polarisationsstrahlteiler (d.h. vor den stattfindenden Faraday-Rotationen) durch entsprechende Einstellung der Eingangspolarisation und beim erneuten Auftreffen auf den Polarisationsstrahlteiler (d.h. nach den Faraday-Rotationen) durch geeignete Einstellung des magnetischen Feldes im Bereich des transmissiven optischen Elements.
Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass der Einfluss einer Änderung der Arbeitswellenlänge, wie sie gerade in einer Waferinspektionsanlage im Hinblick auf die in der Regel gewünschte Waferinspektion in einem größeren Wellenlängenbereich vorgenommen wird, in einfacher Weise durch Nachregeln des magnetischen Feldes kompensierbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist das optische System ferner in Lichtausbreitungsrichtung vor dem Polarisationsstrahlteiler eine polarisationsbeeinflussende Anordnung auf.
Gemäß einer Ausführungsform wird das an dem Polarisationsstrahlteiler reflektierte, linear polarisierte Licht dadurch erhalten, dass die polarisationsbeeinflussende Anordnung unpolarisiertes Licht einer Lichtquelle ohne Intensitätsverlust in polarisiertes Licht mit der jeweiligen Polarisationsrichtung umwandelt. In diesem Falle ist die Erfindung infolge der effizienten bzw. ohne signifikanten Intensitätsverlust realisierten Polarisationseinstellung besonders vorteilhaft anwendbar.
Gemäß einer Ausführungsform weist die polarisationsbeeinflussende Anordnung wenigstens einen variabel einstellbaren Polarisationsmanipulator auf. Gemäß diesem Ansatz beinhaltet die Erfindung das Konzept, eine effiziente Umwandlung von Eingangslicht (welches insbesondere unpolarisiert sein kann) in Ausgangslicht mit unterschiedlich einstellbarer Polarisationsrichtung dadurch vorzunehmen, dass zunächst eine Aufspaltung von unpolarisiertem Eingangslicht in zwei orthogonal zueinander polarisierte Teilstrahlen erfolgt. Dabei können diese Teilstrahlen wiederum mittels des ersten bzw. des zweiten Polarisationsmanipulators unabhängig voneinander hinsichtlich ihrer Polarisationsrichtung im Folgenden variabel eingestellt bzw. individuell beeinflusst werden, um auf diese Weise eine gewünschte bzw. an den Polarisationsstrahlteiler angepasste Polarisationsrichtung des erzeugten, linear polarisierten Lichtes einzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform weist die zur Erzeugung eines magnetischen Feldes im Bereich des transmissiven optischen Elementes geeignete Anordnung wenigstens eine mit elektrischem Strom beaufschlagbare Spule auf.
Die Erfindung betrifft ferner eine Waferinspektionsanlage, welche ein optisches System mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Waferinspektionsanlage, wobei die Waferinspektionsanlage einen Polarisationsstrahlteiler und ein transmissives optisches Element aufweist,

– wobei ein zu inspizierender Wafer mit linear polarisiertem Licht beleuchtet wird; und
– wobei die Polarisationsrichtung dieses Lichtes dadurch eingestellt wird, dass im Bereich des transmissiven optischen Elementes ein magnetisches Feld derart angelegt wird, dass das transmissive optische Element eine Drehung der Polarisationsrichtung infolge Faraday-Rotation für an dem Polarisationsstrahlteiler reflektiertes linear polarisiertes Licht bewirkt.

Gemäß einer Ausführungsform wird dabei der Wafer in wenigstens zwei separaten Verfahrensschritten mit linear polarisiertem Licht beleuchtet, wobei sich diese Verfahrensschritte hinsichtlich der Polarisationsrichtung des jeweiligen linear polarisierten Lichtes voneinander unterscheiden, wobei diese unterschiedlichen Polarisationsrichtungen durch Variation des im Bereich des transmissiven optischen Elementes erzeugten magnetischen Feldes erhalten werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Waferinspektionsanlage, wobei die Waferinspektionsanlage einen Polarisationsstrahlteiler und ein transmissives optisches Element aufweist,

– wobei ein zu inspizierender Wafer in wenigstens zwei separaten Verfahrensschritten mit linear polarisiertem Licht beleuchtet wird, wobei sich diese Verfahrensschritte hinsichtlich der Polarisationsrichtung des jeweiligen linear polarisierten Lichtes voneinander unterscheiden; und
– wobei diese unterschiedlichen Polarisationsrichtungen durch Variation eines im Bereich des transmissiven optischen Elementes erzeugten magnetischen Feldes erhalten werden.

Gemäß einer Ausführungsform bewirkt das transmissive optische Element für an dem Polarisationsstrahlteiler reflektiertes linear polarisiertes Licht in wenigstens einem Verfahrensschritt bei einmaligem Lichtdurchtritt infolge der Faraday- Rotation einen Polarisationsdrehwinkel von betragsmäßig 45° ± 5°.
Gemäß einer Ausführungsform bewirkt das transmissive optische Element für an dem Polarisationsstrahlteiler reflektiertes linear polarisiertes Licht bei einmaligem Lichtdurchtritt infolge der Faraday-Rotation in einem der beiden Verfahrensschritte einen Polarisationsdrehwinkel von +45° ± 5° und in dem anderen der beiden Verfahrensschritte einen Polarisationsdrehwinkel von –45° ± 5°.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Wafer in wenigstens einem Verfahrensschritt derart positioniert, dass ein Winkel zwischen Linienstrukturen auf dem Wafer und der Polarisationsrichtung des an dem Polarisationsstrahlteiler reflektierten linear polarisierten Lichtes vor Eintritt in das transmissive optische Element betragsmäßig 45° ± 5° beträgt.
Gemäß einer Ausführungsform wird das an dem Polarisationsstrahlteiler reflektierte, linear polarisierte Licht dadurch erhalten, dass unpolarisiertes Licht einer Lichtquelle ohne Intensitätsverlust in linear polarisiertes Licht einer vorgegebenen Polarisationsrichtung umgewandelt wird.
Gemäß einer Ausführungsform wird die vorgegebene Polarisationsrichtung derart gewählt, dass der Polarisationsstrahlteiler für diese Polarisationsrichtung eine zumindest nahezu vollständige Reflexion aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Umwandeln des unpolarisierten Lichtes in polarisiertes Licht jeweils unter Verwendung wenigstens eines variabel einstellbaren Polarisationsmanipulators.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen optischen Systems einer Waferinspektionsanlage gemäß einer Ausführungsform;
2–4 schematische Darstellungen beispielhafter Ausführungsformen einer polarisationsbeeinflussenden Anordnung zur Erzeugung des bei der Erfindung verwendeten linear polarisierten Lichtes;
5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer herkömmlichen Waferinspektionsanlage; und
6 eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung einer im Rahmen der vorliegenden Erfindung ausgenutzten Faraday-Rotation.
1 zeigt zunächst eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus eines optischen Systems einer Waferinspektionsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Gemäß 1 weist das System bzw. die Waferinspektionsanlage zunächst eine polarisationsbeeinflussende Anordnung 10 zur Einstellung eines gewünschten Polarisationszustandes des hindurchtretenden Lichtes auf, zu welcher beispielhafte Ausführungsformen im Weiteren noch unter Bezugnahme auf 2–4 beschrieben werden. Das Licht mit dem entsprechenden gewünschten Polarisationszustand trifft nach Reflexion an einem (optionalen) Umlenkspiegel 11 auf einen Polarisationsstrahlteiler 12. Dabei ist die durch die polarisationsbeeinflussende Anordnung 10 eingestellte Polarisationsrichtung des auf den Polarisationsstrahlteiler 12 auftreffenden Lichtes so gewählt, dass der Polarisationsstrahlteiler 12 das Licht dieser Polarisationsrichtung eine zumindest nahezu vollständige reflektiert. Bei erstmaligem Auftreffen des Lichtes auf den Polarisationsstrahlteiler 12 ist das linear polarisierte Licht somit s-polarisiert und wird folglich zumindest nahezu vollständig in Richtung zum Wafer 13 reflektiert.
Nach (wie vorstehend beschrieben i. W. vollständiger) Reflexion trifft das linear polarisierte Licht auf ein transmissives optisches Element 15, an dessen Ort über eine geeignete Anordnung ein magnetisches Feld erzeugt wird, wobei es sich bei der nicht gezeigten Anordnung beispielsweise um mit einem elektrischen Feld beaufschlagbare Spulen handeln kann. Das transmissive optische Element 15 ist vorzugsweise aus einem Material hergestellt, welches amorph ist und keine oder nur geringe natürliche oder intrinsische Doppelbrechung aufweist. Das transmissive optische Element 15 besteht im Ausführungsbeispiel aus Quarzglas (SiO₂). Geeignete Zusammensetzungen für den Faraday-Effekt aufweisende Gläser sind beispielsweise aus US 5,364,819 bekannt.
Das transmissive optische Element 15 bewirkt im Betrieb der Waferinspektionsanlage eine Drehung der Polarisationsrichtung des an dem Polarisationsstrahlteiler 12 reflektierten, linear polarisierten Lichtes infolge einer in dem transmissiven optischen Element 15 erfolgenden Faraday-Rotation. Dabei wird abhängig von dem auf die Richtung des (vorzugsweise homogenen) magnetischen Feldes B projizierten, innerhalb des Elementes 15 zurückgelegten optischen Weg Δx die Polarisationsrichtung des Lichtes um einen zu diesem Weg Δx proportionalen Polarisationsdrehwinkel α gedreht.
Dieser Effekt ist schematisch in 6 dargestellt, wobei die Drehung der Schwingungsebene des elektrischen Feldstärkevektors E in einem den Faraday-Effekt aufweisenden Element 600 in einem magnetischen Feld B um einen Polarisationsdrehwinkel α erfolgt, der proportional zur in Richtung des magnetischen Feldes B zurückgelegten Strecke Δx ist. Für den Polarisationsdrehwinkel α, den ein das betreffende Element durchlaufender Teilstrahl erfährt, gilt die Beziehung: α = V·Δx·B (1) wobei B das magnetische Feld, V die Verdet-Konstante des Materials des transmissiven optischen Elements 15 bzw. 600 und Δx die vom betreffenden Teilstrahl in Richtung des magnetischen Feldes B zurückgelegte Wegstrecke (d.h. die Projektion des vom Teilstrahl innerhalb des optischen Elements 15 zurückgelegten optischen Weges auf den in Richtung der Magnetfeldlinien weisenden Magnetfeldvektor) bezeichnen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 wird nun im Ausführungsbeispiel das magnetische Feld so eingestellt, dass der Polarisationsdrehwinkel für das auf das Element 15 auftreffende Licht nach einmaligem Durchlauf 45° beträgt. Das linear polarisierte Licht wird nach Durchlaufen des Elements 15 in den Wafer 403 eingekoppelt, wo das Licht den zu untersuchenden Strukturen (z.B. Defekte, Verunreinigungen etc.) gebeugt wird. Hierbei wird der Wafer 13 seinerseits so positioniert, dass ein Winkel zwischen Linienstrukturen auf dem Wafer 13 und der Polarisationsrichtung des an dem Polarisationsstrahlteiler 12 reflektierten linear polarisierten Lichtes vor Eintritt in das transmissive optische Element 15 betragsmäßig 45° ± 5° ist. Zwischen Wafer 13 und Element 15 können weitere (der Einfachheit halber nicht dargestellte) abbildende Optiken vorhandeln sein. Anschließend (d.h. nach Beugung an den Waferstrukturen) durchläuft das Licht erneut das Element 15, wobei eine weitere Drehung der Polarisationsrichtung um ebenfalls 45° stattfindet, so dass das linear polarisierte Licht in den Polarisationsstrahlteiler 12 mit dem entsprechenden – nunmehr eine zumindest nahezu vollständige Transmission ermöglichenden – Polarisationszustand eintritt und nach dessen Durchlaufen in einer Detektoreinheit 14 aufgefangen wird.
Das Funktionsprinzip des Polarisationsstrahlteilers 12 ist in für sich bekannter Weise derart, dass er s-polarisiertes Licht vollständig reflektiert und p-polarisiertes Licht vollständig transmittiert. Würde daher das linear polarisierte Licht nach der Beugung an den Waferstrukturen mit der gleichen Polarisationsrichtung wie vor der Faraday-Rotation wieder auf den Polarisationsstrahlteiler 12 auftreffen, würde das gesamte Licht wieder zum Umlenkspiegel 11 und damit zur Lichtquelle reflektiert. Infolge des zweifachen Durchlaufens des Elementes 15 wird jedoch das an den Strukturen auf dem Wafer 13 gebeugte Licht insgesamt infolge der Faraday-Rotation in seiner Polarisationsrichtung um 90° gedreht. Infolgedessen kann das in seiner Polarisationsrichtung um 90° gedrehte Licht im Idealfall zu 100 % durch den Polarisationsstrahlteiler 12 transmittiert werden, da das Licht nach zweifachem Durchtritt durch das Element 15 relativ zur im Polarisationsstrahlteiler 12 enthaltenen Grenzfläche p-polarisiert ist. Infolgedessen gelangt das Licht (zumindest nahezu) vollständig zur Detektoreinheit 14.
Durch Variation der Richtung des im Bereich des Elementes 15 erzeugten magnetischen Feldes kann nun der Wafer 13 mit voneinander verschiedenen, insbesondere zueinander orthogonalen linearen Polarisationszuständen untersucht werden, wobei eine Umschaltung zwischen diesen Polarisationszuständen – entsprechend der hierzu lediglich erforderlichen Änderung der Magnetfeldrichtung – in sehr kurzen Schaltzeiten (typischerweise im ms-Bereich oder noch geringer) erfolgen kann. Abhängig davon, ob im Bereich des Elements 15 ein positives oder ein negatives Magnetfeld entlang der (im eingezeichneten Koordinatensystem entlang der positiven z-Richtung definierten) Lichtausbreitungsrichtung erzeugt wird, kann insbesondere zwischen einer Drehung der Polarisationsrichtung um einen Winkel von +45° und einer Drehung der Polarisationsrichtung um einen Winkel von –45° umgeschaltet werden. Wird der Wafer 13 seinerseits wie vorstehend beschrieben um 45° senkrecht um die eingezeichnete optische Achse verdreht, trifft das linear polarisierte Licht im Ergebnis effektiv mit einer Polarisationsrichtung von 0° oder 90° zu den Strukturen auf den Wafer 13 auf. Auf diese Weise können somit sowohl horizontal als auch vertikal orientierte Strukturen auf den Wafer 13 mit zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen untersucht werden.
Im Weiteren werden unterschiedliche Ausführungsformen der im Aufbau von 1 enthaltenen polarisationsbeeinflussenden Anordnung 10 unter Bezugnahme auf 2 bis 4 beschrieben. Diese Ausführungsformen ermöglichen es – neben gegebenenfalls weiteren, im Folgenden näher ausgeführten Vorteilen – insbesondere, ursprünglich unpolarisiertes Licht im Wesentlichen ohne Transmissionsverlust in linear polarisiertes Licht eines gewünschten bzw. an den Polarisationsstrahlteiler angepassten Polarisationszustandes umzuwandeln, um so den insgesamt in der Waferinspektionsanlage auftretenden Intensitätsverlust weiter zu reduzieren.
Gemäß 2a, b wird in einer polarisationsbeeinflussenden Anordnung zur effizienten Umwandlung von unpolarisiertem Licht einer Lichtquelle (in 2a, b nicht dargestellt) mittels eines lediglich angedeuteten Polarisationsstrahlteilers 110 in zwei zueinander orthogonal polarisierte Lichtbündel bzw. Teilstrahlen S101, S102 zerlegt. Dabei ist der durch den Polarisationsstrahlteiler 110 transmittierte Teilstrahl S101 im eingezeichneten Koordinatensystem in y-Richtung polarisiert, und der an dem Polarisationsteiler 110 reflektierte Teilstrahl S102 ist in x-Richtung polarisiert. Der unpolarisierte Zustand des auf den Polarisationsstrahlteiler 110 auftreffenden Eingangslichtes ist hier und im Folgenden dadurch symbolisiert, dass für diesen Lichtstrahl beide Polarisationsrichtungen (d.h. x-Richtung und y-Richtung) eingezeichnet sind. Die Anordnung gemäß 2a, b weist ferner einen Umlenkspiegel 120 auf, mit dem der Teilstrahl S102 wieder parallel zu dem Teilstrahl S101 ausgerichtet wird. Sodann erfolgt, wie im Weiteren erläutert, eine geeignete „Weiterverarbeitung“ der Teilstrahlen S101, S102, um einen letztendlich gewünschten Polarisationszustand für die Teilstrahlen S101, S102 einzustellen.
Gemäß 2a, b befindet sich im Strahlengang sowohl des Teilstrahls S101 als auch des Teilstrahls S102 jeweils ein Polarisationsmanipulator 130 bzw. 140 in Form einer Doppelkeilanordnung aus Keilelementen 131, 132 bzw. 141, 142. Infolgedessen lässt sich die effektive Dicke der betreffenden Doppelkeilanordnung in Lichtausbreitungsrichtung bzw. z-Richtung durch (in Keilrichtung bzw. y-Richtung im eingezeichneten Koordinatensystem erfolgende) relative Verschiebung der zugehörigen Keilelemente 131, 132 bzw. 141, 142 einstellen.
Die Keilelemente 131, 132 bzw. 141, 142 sind im Ausführungsbeispiel jeweils aus kristallinem Quarz hergestellt, wobei die optische Kristallachse des Kristallmaterials jeweils parallel zur (im eingezeichneten Koordinatensystem in z-Richtung verlaufenden) Lichtausbreitungsrichtung orientiert ist, so dass die optische Aktivität des kristallinen Quarz ausgenutzt wird. In weiteren Ausführungsbeispielen können die Keilelemente auch aus linear doppelbrechendem Kristallmaterial hergestellt sein, beispielsweise aus kristallinem Quarz mit senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung bzw. z-Richtung orientierter optischer Kristallachse oder auch aus einem linear doppelbrechenden Kristallmaterial wie Magnesiumfluorid (MgF₂) oder Saphir (Al₂O₃).
Gemäß 2a, b ist jeweils in einer der den Polarisationsmanipulator 130 bzw. 140 bildenden Doppelkeilanordnungen (in 2a für den Polarisationsmanipulator 130) die effektive Dicke derart eingestellt, dass keine Drehung der Polarisationsrichtung des hindurchlaufenden Lichtes erfolgt, was gewissermaßen einer „Nullstellung“ der Doppelkeilanordnung entspricht. Die den anderen Polarisationsmanipulator (in 2a den Polarisationsmanipulator 140) bildende Doppelkeilanordnung wird hingegen in ihrer effektiven Dicke so eingestellt, dass eine 90°-Drehung der Polarisationsrichtung um die in z-Richtung verlaufende Lichtausbreitungsrichtung erfolgt. Gemäß 2b erfolgt die Einstellung gerade umgekehrt, d.h. die effektive Dicke der den Polarisationsmanipulator 130 bildenden Doppelkeilanordnung wird so eingestellt, dass eine 90°-Drehung der Polarisationsrichtung um die z-Achse erfolgt, wohingegen die den Polarisationsmanipulator 140 bildende Doppelkeilanordnung so eingestellt wird, dass die Polarisationsrichtung des hindurchlaufenden Lichtes unverändert bleibt. Im Ergebnis kann auf diese Weise durch Variation der effektive Dicke der Doppelkeilanordnungen eine dynamische Umschaltung zwischen einem ersten Zustand, bei dem sämtliches aus der Anordnung von 2a, b austretendes Licht (d.h. das Licht beider Teilstrahlen S101, S102) in y-Richtung polarisiert ist (vgl. 2a), und einem zweiten Zustand, bei dem sämtliches aus der Anordnung von 2a, b austretendes Licht in x-Richtung polarisiert ist, erzielt werden, wobei jeweils sämtliches Licht genutzt bzw. in dem gewünschten Polarisationszustand bereitgestellt werden kann.
Des Weiteren kann infolge der dynamischen Einstellbarkeit der die Polarisationsmanipulatoren 130, 140 bildenden Doppelkeilanordnungen beim Übergang zu einer anderen Wellenlänge, wie er z.B. in einer Waferinspektionsanlage durchgeführt werden kann, dem Umstand Rechnung getragen werden, dass sich bei einer Variation der Wellenlänge auch der Polarisationsdrehwinkel im optisch aktiven Kristallmaterial ändert. Eine Kompensation dieses Effekts kann einfach durch entsprechendes Nachstellen der effektive Dicke der betreffenden Doppelkeilanordnung über relative Verschiebung der zugehörigen Keilelemente 131, 132 bzw. 141, 142 gegeneinander (gewissermaßen als „Feineinstellung“) erfolgen mit dem Ergebnis, dass auch bei der geänderten Wellenlänge die gewünschte Drehung der Polarisationsrichtung um 90° bzw. 0° erzielt bzw. die insgesamt wie vorstehend beschrieben erfolgende Polarisationseinstellung auch für unterschiedliche Wellenlängen (z.B. 248nm, 550nm etc.) jeweils korrekt durchgeführt werden kann.
Beispielsweise kann im Betrieb der Waferinspektionsanlage eine erste Messung bzw. Messreihe bei einer Wellenlänge von ca. 200 nm (mit einem gewissen Toleranzband von z.B. ±10nm) durchgeführt werden, wobei diese Messung bzw. Messreihe mit einer ersten Einstellung der Keilelemente 131, 132 bzw. 141, 142 erfolgt und geringfügige Wellenlängenfehler infolge des Toleranzbandes in Kauf genommen werden. Erfolgt sodann ein Umschalten auf eine andere Wellenlänge von z.B. 550nm (ebenfalls mit einem Toleranzband von z.B. ±10nm), so wird die Einstellung der Keilelemente 131, 132 bzw. 141, 142 entsprechend verändert, um die die gewünschte Drehung der Polarisationsrichtung um 90° bzw. 0° bei dieser neu eingestellten Wellenlänge (wiederum unter Inkaufnahme geringfügiger Wellenlängenfehler infolge des Toleranzbandes) zu erzielen.
Wie schon erwähnt können in weiteren Ausführungsbeispielen die Keilelemente der die Polarisationsmanipulatoren 130, 140 bildenden Doppelkeilanordnungen auch aus linear doppelbrechendem Kristallmaterial hergestellt sein, beispielsweise aus kristallinem Quarz mit senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung bzw. z-Richtung orientierter optischer Kristallachse. In diesem Falle hat ein z.B. im Betrieb der das optische System von 2a, b aufweisenden Waferinspektionsanlage von 1 stattfindender Übergang zu einer anderen Wellenlänge (z.B. von 200nm zu 550nm) zur Folge, dass das Licht nach Durchlaufen der jeweiligen Doppelkeilanordnungen nicht mehr exakt linear polarisiert, sondern leicht elliptisch (bei gleicher Polarisationsvorzugsrichtung) polarisiert ist, wobei diese unerwünschte Elliptizität wiederum durch entsprechende Anpassung der effektiven Dicke der Polarisationsmanipulatoren 130, 140 kompensiert werden kann.
Im Weiteren wird unter Bezugnahme auf 3 und 4a–c eine weitere Ausführungsform der Erfindung erläutert, welche als zusätzlichen Vorteil eine besonders schnelle Umschaltung des Polarisationszustandes (z.B. zwischen den unter Bezugnahme auf 2 erzeugten, zueinander orthogonalen Polarisationsrichtungen) ermöglicht.
Unter Bezugnahme zunächst auf 3 unterscheidet sich ein optisches System 200 von dem anhand von 2 beschriebenen optischen System 100 insbesondere dadurch, dass anstelle der Doppelkeilanordnungen jeweils eine Pockelszelle zur Ausbildung der Polarisationsmanipulatoren 230 bzw. 240 vorgesehen ist. Hierbei wird die in der betreffenden Pockelszelle bewirkte Doppelbrechung über die jeweils angelegte elektrische Spannung eingestellt.
Diese die Polarisationsmanipulatoren 230 bzw. 240 bildenden Pockelszellen sind aus einem geeigneten Kristallmaterial mit bei Arbeitswellenlänge (z.B. ca. 193 nm oder ca. 157 nm) hinreichender Transmission hergestellt, wobei sie eine Polarisationsmanipulation aufgrund der linearen Proportionalität der im Kristallmaterial vorhandenen Doppelbrechung zum von außen angelegten elektrischen Feld ermöglichen. Als Material geeignet sind nichtlineare optische Kristalle wie z.B. Kaliumdihydrogenphosphat (KDP, KH₂PO₄) mit einer Transmission im Wellenlängenbereich von etwa 180nm bis etwa 1500nm oder Bariumbetaborat (BBO). Bei den die Polarisationsmanipulatoren 230 bzw. 240 bildenden Pockelszellen kann es sich insbesondere um transversale Pockelszellen handeln. In transversalen Pockelszellen wird das elektrische Feld senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung angelegt, so dass kein Lichtdurchtritt durch die zur Erzeugung des elektrischen Feldes verwendeten Elektroden (und somit auch keine transparente Ausgestaltung dieser Elektroden) erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil der Verwendung transversaler Pockelszellen ist die hierbei geringere, zur Erzeugung einer vorbestimmten Verzögerung (von z.B. Lambda/2, wobei Lambda die Arbeitswellenlänge bezeichnet) erforderliche elektrische Spannung. So liegt die zur Erzeugung einer Verzögerung von Lambda/2 erforderliche elektrische Spannung bei einer transversalen Pockelszelle aus Kaliumdihydrogenphosphat (KDP, KH₂PO₄) bei etwa 220 V, wohingegen diese Spannung bei longitudinalen Pockelszellen z.B. Werte im Kilovolt(kV)-Bereich aufweisen kann. Das anhand von 3 beschriebene Prinzip ist jedoch nicht auf die Verwendung transversaler Pockelszellen beschränkt, so dass grundsätzlich auch andere Elemente, welche jeweils eine vom Anliegen eines elektrischen Feldes abhängige Doppelbrechung aufweisen, also beispielsweise auch longitudinale Pockelszellen, verwendbar sind. Des Weiteren können anstelle von Pockelszellen auch Kerrzellen als polarisationsbeeinflussende Elemente eingesetzt werden, welche ebenfalls über Variation eines von außen angelegten elektrischen Feldes eine steuerbare Modulation der Polarisation des hindurchtretenden Lichtes ermöglichen (wobei im Falle der Kerrzelle die induzierte Doppelbrechung sich zum angelegten elektrischen Feld nicht wie bei einer Pockelszelle linear proportional ist, sondern eine quadratische Abhängigkeit vom angelegten elektrischen Feld besitzt).
Im Falle der Realisierung des erfindungsgemäßen optischen Systems unter Verwendung von Pockelszellen gemäß 3 hat der z.B. beim Einsatz in der Waferinspektionsanlage von 1 erfolgende Übergang zu einer anderen Wellenlänge (z.B. von 200nm zu 550nm) zur Folge, dass das Licht nach Durchlaufen der die jeweiligen Polarisationsmanipulatoren 230 bzw. 240 bildenden Pockelszellen nicht mehr exakt linear polarisiert, sondern leicht elliptisch (bei gleicher Polarisationsvorzugsrichtung) polarisiert ist. Dies ist in 4a–c veranschaulicht, wobei die Situation gemäß 4a der Einstellung einer gewünschten Polarisation (im Beispiel y-Polarisation) für eine erste Wellenlänge λ₁ mittels Anlegen von elektrischen Spannungen U₁ bzw. U₂ an die die Polarisationsmanipulatoren 230 bzw. 240 bildenden Pockelszellen entspricht. 4b entspricht dem Übergang zu einer anderen Wellenlänge λ₂, in welchem Falle das unveränderte Anliegen der elektrischen Spannungen U₁ bzw. U₂ zu einer unerwünschten Elliptizität des Polarisationszustandes führt. 4c entspricht der Situation mit Kompensation dieser Elliptizität zwecks Erzielung der wieder „korrekten“ Polarisationseinstellung entsprechend 4a, wozu die an den die Polarisationsmanipulatoren 230 bzw. 240 bildenden Pockelszellen anliegenden elektrischen Spannungen auf Werte U₁ + a bzw. U₂ + b modifiziert werden.
Wenngleich die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise unter Realisierung der vorstehend anhand von 2–4 beschriebenen effizienten Umwandlung von unpolarisiertem Licht in polarisiertes Licht durchgeführt werden kann, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. So kann in weiteren Ausführungsformen eine Realisierung der polarisationsbeeinflussenden Anordnung 10 im Aufbau von 1 auch in anderer Weise erfolgen, wobei auch Ausgestaltungen von der vorliegenden Anmeldung umfasst sind, bei denen in der polarisationsbeeinflussenden Anordnung 10 ein Intensitätsverlust in Kauf genommen wird, beispielsweise durch Einsatz eines Rochon-Prismas, welches zur Einstellung der gewünschten Polarisationsrichtung drehbar ausgeführt sein kann.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5364819 [0035]

Claims

Optisches System einer Waferinspektionsanlage, mit – einem Polarisationsstrahlteiler (12); – wenigstens einem transmissiven optischen Element (15); und – einer zur Erzeugung eines magnetischen Feldes im Bereich dieses transmissiven optischen Elementes (15) geeigneten Anordnung; – wobei das transmissive optische Element (15) im Betrieb der Waferinspektionsanlage eine Drehung der Polarisationsrichtung von an dem Polarisationsstrahlteiler (12) reflektiertem, linear polarisiertem Licht infolge einer in dem transmissiven optischen Element (15) erfolgenden Faraday-Rotation bewirkt.
Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ferner in Lichtausbreitungsrichtung vor dem Polarisationsstrahlteiler (12) eine polarisationsbeeinflussende Anordnung (10) aufweist.
Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das an dem Polarisationsstrahlteiler (12) reflektierte, linear polarisierte Licht dadurch erhalten wird, dass die polarisationsbeeinflussende Anordnung (10) unpolarisiertes Licht einer Lichtquelle ohne Intensitätsverlust in linear polarisiertes Licht umwandelt.
Optisches System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die polarisationsbeeinflussende Anordnung (10) wenigstens einen variabel einstellbaren Polarisationsmanipulator (130, 140, 230, 240) aufweist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Erzeugung eines magnetischen Feldes im Bereich des transmissiven optischen Elementes (15) geeignete Anordnung wenigstens eine mit elektrischem Strom beaufschlagbare Spule aufweist.
Waferinspektionsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Waferinspektionsanlage ein optisches System (100, 200, 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Verfahren zum Betreiben einer Waferinspektionsanlage, wobei die Waferinspektionsanlage einen Polarisationsstrahlteiler (12) und ein transmissives optisches Element (15) aufweist, – wobei ein zu inspizierender Wafer (13) mit linear polarisiertem Licht beleuchtet wird; und – wobei die Polarisationsrichtung dieses Lichtes dadurch eingestellt wird, dass im Bereich des transmissiven optischen Elementes (15) ein magnetisches Feld derart angelegt wird, dass das transmissive optische Element (15) eine Drehung der Polarisationsrichtung infolge Faraday-Rotation für an dem Polarisationsstrahlteiler (12) reflektiertes linear polarisiertes Licht bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wafer (13) in wenigstens zwei separaten Verfahrensschritten mit linear polarisiertem Licht beleuchtet wird, wobei sich diese Verfahrensschritte hinsichtlich der Polarisationsrichtung des jeweiligen linear polarisierten Lichtes voneinander unterscheiden, wobei diese unterschiedlichen Polarisationsrichtungen durch Variation des im Bereich des transmissiven optischen Elementes (15) erzeugten magnetischen Feldes erhalten werden.
Verfahren zum Betreiben einer Waferinspektionsanlage, wobei die Waferinspektionsanlage einen Polarisationsstrahlteiler (12) und ein transmissives optisches Element (15) aufweist, – wobei ein zu inspizierender Wafer (13) in wenigstens zwei separaten Verfahrensschritten mit linear polarisiertem Licht beleuchtet wird, wobei sich diese Verfahrensschritte hinsichtlich der Polarisationsrichtung des jeweiligen linear polarisierten Lichtes voneinander unterscheiden; und – wobei diese unterschiedlichen Polarisationsrichtungen durch Variation eines im Bereich des transmissiven optischen Elementes (15) erzeugten magnetischen Feldes erhalten werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das transmissive optische Element (15) für an dem Polarisationsstrahlteiler (12) reflektiertes linear polarisiertes Licht in wenigstens einem Verfahrensschritt bei einmaligem Lichtdurchtritt infolge der Faraday-Rotation einen Polarisationsdrehwinkel von betragsmäßig 45° ± 5° bewirkt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das transmissive optische Element (15) für an dem Polarisationsstrahlteiler (12) reflektiertes linear polarisiertes Licht bei einmaligem Lichtdurchtritt infolge der Faraday-Rotation in einem der beiden Verfahrensschritte einen Polarisationsdrehwinkel von +45° ± 5° und in dem anderen der beiden Verfahrensschritte einen Polarisationsdrehwinkel von –45° ± 5° bewirkt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wafer (13) in wenigstens einem Verfahrensschritt derart positioniert wird, dass ein Winkel zwischen Linienstrukturen auf dem Wafer (13) und der Polarisationsrichtung des an dem Polarisationsstrahlteiler (12) reflektierten linear polarisierten Lichtes vor Eintritt in das transmissive optische Element (15) betragsmäßig 45° ± 5° beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das an dem Polarisationsstrahlteiler (12) reflektierte, linear polarisierte Licht dadurch erhalten wird, dass unpolarisiertes Licht einer Lichtquelle ohne Intensitätsverlust in linear polarisiertes Licht einer vorgegebenen Polarisationsrichtung umgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Polarisationsrichtung derart gewählt wird, dass der Polarisationsstrahlteiler (12) für diese Polarisationsrichtung eine zumindest nahezu vollständige Reflexion aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Umwandeln des unpolarisierten Lichtes in polarisiertes Licht jeweils unter Verwendung wenigstens eines variabel einstellbaren Polarisationsmanipulators (130, 140, 230, 240) erfolgt.