DE102012203947A1

DE102012203947A1 - Optical system for wafer inspection system for detecting wafer defects or impurities, comprises polarization beam splitter, and transmissive optical element that causes rotation of polarization device by linear polarized light

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

The optical system comprises a polarization beam splitter (12), a transmissive optical element (15) and an arrangement for generating magnetic field in the area of the transmissive optical element. The transmissive optical element causes rotation of the polarization device by a linear polarized light reflecting on the polarization beam splitter due to Faraday rotation taking place in the transmissive optical element during operation of the wafer inspection system. A polarization influencing arrangement (10) is provided in the light propagation direction before the polarization beam splitter. An independent claim is included for a method for operating a wafer inspection system.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System einer Waferinspektionsanlage, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Waferinspektionsanlage. The invention relates to an optical system of a wafer inspection system, and to a method for operating a wafer inspection system.

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. Microlithography is used to fabricate microstructured devices such as integrated circuits or LCDs. The microlithography process is carried out in a so-called projection exposure apparatus which has an illumination device and a projection objective. The image of a mask (= reticle) illuminated by means of the illumination device is hereby projected onto a substrate (eg a silicon wafer) coated with a photosensitive layer (photoresist) and arranged in the image plane of the projection objective in order to apply the mask structure to the photosensitive coating of the Transfer substrate.

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. Wafer inspection systems are used to inspect the wafer for defects, impurities, etc. There is also the need in the operation of a wafer inspection system, the investigation for defects etc. for different (in particular mutually orthogonal) polarization directions of the incident on the wafer light and in a larger wavelength range (eg for wavelengths in the range of about 200 nm to about 850 nm).

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. An exemplary construction of a wafer inspection system 450 is merely schematic and simplified in 5 shown. In the wafer inspection system 450 serves an optical system 400 for setting a desired polarization state of the transmitted light, wherein in a conventional approach from originally unpolarized light two mutually orthogonal polarization states can be generated to then light with one of these polarization states via a further structure of a on a deflection mirror 401 following (non-polarizing) beam splitter 402 on the wafer 403 coupled in and the diffracted at the structures to be examined (eg defects, impurities, etc.) after re-passing through the beam splitter 402 in a detector unit 404 catch.

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. In practice, the problem arises here that both in the area of the optical system 400 for setting the desired polarization state as well as in the region of the beam splitter 402 significant transmission losses (typically in the order of 50%) occur. Another problem results from the switching times required in the switching of the respective, desired in the investigation of the wafer polarization state. During operation of a wafer inspection system, too long switching times and transmission losses, for example during the polarization adjustment, can lead to a deterioration in the performance of the system.

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. Against the above background, it is an object of the present invention to provide an optical system of a wafer inspection equipment and a method of operating a wafer inspection equipment which efficiently and with reduction of intensity losses enable wafer inspection with different polarization directions of the light irradiated to the wafer ,

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. This object is achieved according to the features of the independent claims.

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.

An inventive optical system of a wafer inspection system has:

A polarization beam splitter;
At least one transmissive optical element; and
- An arrangement suitable for generating a magnetic field in the region of this transmissive optical element;
In the operation of the wafer inspection system, the transmissive optical element causes a rotation of the polarization direction of linearly polarized light reflected at the polarization beam splitter as a result of a Faraday rotation taking place in the transmissive optical element.

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. The invention is based in particular on the concept of exploiting the Faraday effect (ie the rotation of the polarization direction or the direction of oscillation of the electric field intensity vector in certain transmissive materials when the magnetic field is applied) in conjunction with a polarization beam splitter. in a first pass of light) under maximum reflection and on the other hand (or in a second pass of light) to operate in maximum transmission, so both a coupling of the light in the wafer and (after diffraction of the light at the wafer structures) in a detector unit while minimizing transmission losses, wherein between these two light passes, a rotation of the polarization direction takes place by utilizing the Faraday effect. In particular, the linearly polarized light used in the wafer inspection system for examining the wafer structures can first be coupled to the wafer with the greatest possible intensity preservation by means of reflection at the polarization beam splitter and then by diffraction to the wafer structures to be examined, likewise with the highest possible intensity preservation be fed through the polarization beam splitter to a detector unit.

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. In this case, the fact is utilized that the Faraday effect is a non-time-reversal-invariant effect, with the result that in the structure according to the invention with the coupling of the linearly polarized light onto the wafer and the subsequent coupling in of the wafer structures As a result, when the linearly polarized light diffracted into the detector unit, the double pass of the transmissive element located between the polarization beam splitter and the wafer does not result in the result, for example when occurring in crystalline quartz without magnetic field applied optical activity due to back and forth rotation of the polarization direction - polarization neutral, but rather leads to a double compared to a single pass value of the polarization rotation angle. This in turn allows the polarization beam splitter to be first coupled into the wafer - i. before the Faraday rotations take place - to operate with maximum reflection, and then the polarization beam splitter - i. After the Faraday rotations - to operate with maximum transmission, namely by the polarization direction of the incident on the polarization beam splitter linearly polarized light is selected accordingly. This choice of polarization direction is made upon initial impingement on the polarization beam splitter (ie prior to the Faraday rotations) by appropriate adjustment of the input polarization and upon re-impingement on the polarization beam splitter (ie after the Faraday rotations) by appropriate adjustment of the magnetic field in the transmissive region optical element.

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. The invention has the further advantage that the influence of a change in the operating wavelength, as is currently being performed in a wafer inspection system with regard to the usually desired wafer inspection in a larger wavelength range, can be compensated in a simple manner by readjustment of the magnetic field.

Gemäß einer Ausführungsform weist das optische System ferner in Lichtausbreitungsrichtung vor dem Polarisationsstrahlteiler eine polarisationsbeeinflussende Anordnung auf. According to one embodiment, the optical system further comprises a polarization-influencing arrangement in the light propagation direction in front of the polarization beam splitter.

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. According to an embodiment, the linearly polarized light reflected at the polarization beam splitter is obtained by the polarization-influencing arrangement converting unpolarized light of a light source without loss of intensity into polarized light having the respective polarization direction. In this case, the invention is particularly advantageous due to the efficient or without significant loss of intensity realized polarization setting applicable.

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. According to one embodiment, the polarization-influencing arrangement has at least one variably adjustable polarization manipulator. According to this approach, the invention includes the concept of efficiently converting input light (which may in particular be unpolarized) into output light with differently adjustable polarization direction by first splitting unpolarized input light into two orthogonally polarized sub-beams. In the process, these sub-beams can in turn be variably adjusted or individually influenced with respect to their direction of polarization by means of the first and the second polarization manipulator, respectively, in order to set a desired polarization direction of the generated, linearly polarized light in this way or adapted to the polarization beam splitter.

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. According to one embodiment, the arrangement which is suitable for generating a magnetic field in the region of the transmissive optical element has at least one coil which can be acted upon by electric current.

Die Erfindung betrifft ferner eine Waferinspektionsanlage, welche ein optisches System mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen aufweist. The invention further relates to a wafer inspection system comprising an optical system having the features described above.

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.

According to a further aspect, the invention relates to a method for operating a wafer inspection system, the wafer inspection system having a polarization beam splitter and a transmissive optical element,

- Wherein a wafer to be inspected is illuminated with linearly polarized light; and
- Wherein the polarization direction of this light is adjusted by the fact that in the region of the transmissive optical element, a magnetic field is applied so that the transmissive optical element causes a rotation of the polarization direction due to Faraday rotation for reflected at the polarization beam splitter linearly polarized light.

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. According to one embodiment, the wafer is illuminated in at least two separate method steps with linearly polarized light, wherein these method steps differ from one another with regard to the polarization direction of the respective linearly polarized light, wherein these different polarization directions are obtained by varying the magnetic field generated in the region of the transmissive optical element become.

– 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.

- Wherein a wafer to be inspected is illuminated in at least two separate process steps with linearly polarized light, wherein these process steps with respect to the polarization direction of the respective linearly polarized light differ from each other; and
- Wherein these different polarization directions are obtained by varying a magnetic field generated in the region of the transmissive optical element.

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°. According to one embodiment, the transmissive optical element for linearly polarized light reflected at the polarization beam splitter in at least one method step with a single passage of light as a result of the Faraday rotation effects a polarization rotation angle of 45 ° ± 5 ° in absolute terms.

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°. According to one embodiment, the transmissive optical element causes a polarization rotation angle of + 45 ° ± 5 ° for single-pass light due to the Faraday rotation in one of the two process steps, and a polarization rotation angle of -45 in the other of the two process steps for linearly polarized light reflected at the polarization beam splitter ° ± 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. According to one embodiment, the wafer is positioned in at least one method step such that an angle between line structures on the wafer and the polarization direction of the linearly polarized light reflected at the polarization beam splitter before entry into the transmissive optical element amounts to 45 ° ± 5 °.

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. According to one embodiment, the linearly polarized light reflected at the polarization beam splitter is obtained by converting unpolarized light of a light source without loss of intensity into linearly polarized light of a predetermined polarization direction.

Gemäß einer Ausführungsform wird die vorgegebene Polarisationsrichtung derart gewählt, dass der Polarisationsstrahlteiler für diese Polarisationsrichtung eine zumindest nahezu vollständige Reflexion aufweist. According to one embodiment, the predetermined polarization direction is selected such that the polarization beam splitter has an at least almost complete reflection for this polarization direction.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Umwandeln des unpolarisierten Lichtes in polarisiertes Licht jeweils unter Verwendung wenigstens eines variabel einstellbaren Polarisationsmanipulators. In one embodiment, converting the unpolarized light to polarized light is accomplished using at least one variably adjustable polarization manipulator.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen. Further embodiments of the invention are described in the description and the dependent claims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the accompanying drawings.

Es zeigen: Show it:

1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen optischen Systems einer Waferinspektionsanlage gemäß einer Ausführungsform; 1 a schematic representation for explaining the structure of an optical system according to the invention of a wafer inspection system according to an embodiment;

2–4 schematische Darstellungen beispielhafter Ausführungsformen einer polarisationsbeeinflussenden Anordnung zur Erzeugung des bei der Erfindung verwendeten linear polarisierten Lichtes; 2 - 4 schematic representations of exemplary embodiments of a polarization-influencing arrangement for producing the linearly polarized light used in the invention;

5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer herkömmlichen Waferinspektionsanlage; und 5 a schematic representation for explaining the structure of a conventional wafer inspection system; and

6 eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung einer im Rahmen der vorliegenden Erfindung ausgenutzten Faraday-Rotation. 6 a schematic diagram illustrating a utilized within the scope of the present invention Faraday rotation.

1 zeigt zunächst eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus eines optischen Systems einer Waferinspektionsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 1 shows a schematic representation for explaining the structure of an optical system of a wafer inspection system according to an embodiment of the invention.

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. According to 1 The system or the wafer inspection system initially has a polarization-influencing arrangement 10 for setting a desired polarization state of the transmitted light, to which exemplary embodiments will be described below with reference to FIG 2 - 4 to be discribed. The light with the corresponding desired polarization state meets after reflection on an (optional) deflecting mirror 11 on a polarization beam splitter 12 , In this case, the polarization-influencing arrangement 10 set polarization direction of the polarization beam splitter 12 incident light chosen so that the polarization beam splitter 12 the light of this polarization direction reflects at least almost completely. Upon first impact of the light on the polarization beam splitter 12 Thus, the linearly polarized light is s-polarized and thus at least almost completely towards the wafer 13 reflected.

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. After reflection is complete (as described above), the linearly polarized light strikes a transmissive optical element 15 , in whose place a magnetic field is generated by a suitable arrangement, wherein it is not shown arrangement can act, for example, acted upon by an electric field coils. The transmissive optical element 15 is preferably made of a material which is amorphous and has little or no natural or intrinsic birefringence. The transmissive optical element 15 consists in the embodiment of quartz glass (SiO ₂ ). Suitable compositions for the Faraday effect glasses are, for example US 5,364,819 known.

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. The transmissive optical element 15 causes during operation of the wafer inspection system, a rotation of the polarization direction of the polarization beam splitter 12 reflected, linearly polarized light due to a in the transmissive optical element 15 Faraday rotation. In this case, depending on the direction of the (preferably homogeneous) magnetic field B projected, within the element 15 traveled optical path .DELTA.x the polarization direction of the light by a proportional to this path .DELTA.x polarization rotation angle α rotated.

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. This effect is schematic in 6 illustrated, wherein the rotation of the vibration plane of the electric field strength vector E in a Faraday effect element 600 in a magnetic field B at a polarization rotation angle α which is proportional to the distance Δx traveled in the direction of the magnetic field B. For the polarization rotation angle α, which is experienced by a component beam passing through the relevant element, the relationship applies: α = V · Δx · B (1) where B is the magnetic field, V is the Verdet constant of the material of the transmissive optical element 15 respectively. 600 and Δx the distance traveled by the respective partial beam in the direction of the magnetic field B (ie the projection of the partial beam within the optical element 15 covered optical path on the pointing in the direction of the magnetic field lines magnetic field vector).

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. Referring again to 1 Now, in the embodiment, the magnetic field is set so that the polarization rotation angle for the on the element 15 incident light is 45 ° after a single pass. The linearly polarized light becomes after passing through the element 15 in the wafer 403 coupled, where the light is diffracted to the structures to be examined (eg defects, impurities, etc.). This is the wafer 13 in turn, positioned so that an angle between line structures on the wafer 13 and the polarization direction of the polarization beam splitter 12 reflected linearly polarized light before entering the transmissive optical element 15 amount is 45 ° ± 5 °. Between wafers 13 and element 15 For example, further imaging optics (not shown for the sake of simplicity) may be present. Subsequently (ie after diffraction at the wafer structures) the light again passes through the element 15 , wherein a further rotation of the polarization direction by 45 ° also takes place, so that the linearly polarized light in the polarization beam splitter 12 with the corresponding - now at least almost complete transmission enabling - polarization state occurs and after passing through a detector unit 14 is caught.

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. The principle of operation of the polarization beam splitter 12 is in a manner known per se such that it completely reflects s-polarized light and completely transmits p-polarized light. Therefore, would the linearly polarized light after diffraction at the wafer structures with the same polarization direction as before the Faraday rotation back to the polarization beam splitter 12 the entire light would become the deflection mirror again 11 and thus reflected to the light source. As a result of twice passing through an element 15 However, this is the case of the structures on the wafer 13 diffracted light in total as a result of the Faraday rotation in its polarization direction rotated by 90 °. As a result, the light rotated 90 ° in its polarization direction can ideally be 100% through the polarization beam splitter 12 be transmitted because the light after passing through the element twice 15 relative to the polarization beam splitter 12 contained p-polarized interface. As a result, the light reaches (at least nearly) completely to the detector unit 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. By varying the direction of the in the region of the element 15 generated magnetic field can now be the wafer 13 with mutually different, in particular mutually orthogonal linear polarization states are investigated, wherein a switch between these polarization states - in accordance with the only required change of the magnetic field direction - in very short switching times (typically in the ms range or even lower) can be done. Depending on whether in the area of the element 15 a positive or a negative magnetic field along the (in the drawn coordinate system along the positive z-direction defined) Lichtausbreitungsrichtung is generated, in particular between a rotation of the polarization direction by an angle of + 45 ° and a rotation of the polarization direction by an angle of -45 ° be switched. Will the wafer 13 In turn, as described above, rotated 45 ° perpendicularly about the drawn optical axis, the linearly polarized light effectively impinges on the wafer with a polarization direction of 0 ° or 90 ° to the structures 13 on. To this Thus, both horizontally and vertically oriented structures can be applied to the wafer 13 be examined with mutually perpendicular polarization directions.

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. In the following, different embodiments of the structure of 1 contained polarization-influencing arrangement 10 with reference to 2 to 4 described. These embodiments make it possible, in addition to optionally further advantages described in more detail below, to convert, in particular, originally unpolarized light into linearly polarized light of a desired or polarization beam splitter adapted polarization state so as to further increase the total loss of intensity occurring in the wafer inspection system to reduce.

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. According to 2a , b is used in a polarization-influencing arrangement for the efficient conversion of unpolarized light from a light source (in 2a , b not shown) by means of a merely indicated polarization beam splitter 110 divided into two mutually orthogonally polarized light beams or partial beams S101, S102. It is the through the polarization beam splitter 110 transmitted sub-beam S101 polarized in the drawn coordinate system in the y-direction, and the polarization splitter 110 reflected partial beam S102 is polarized in the x direction. The unpolarized state of the polarization beam splitter 110 incident input light is here and below symbolized by the fact that both polarization directions (ie, x-direction and y-direction) are drawn for this light beam. The arrangement according to 2a , b further comprises a deflection mirror 120 on, with which the sub-beam S102 is again aligned parallel to the sub-beam S101. Then, as explained below, a suitable "further processing" of the partial beams S101, S102, in order to set a final desired polarization state for the partial beams S101, S102.

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. According to 2a , B is in the beam path of both the sub-beam S101 and the sub-beam S102 each a polarization manipulator 130 respectively. 140 in the form of a double wedge arrangement of wedge elements 131 . 132 respectively. 141 . 142 , As a result, the effective thickness of the respective double wedge arrangement in the direction of light propagation or z-direction can be determined by relative displacement of the associated wedge elements (taking place in the wedge direction or y-direction in the drawn coordinate system) 131 . 132 respectively. 141 . 142 to adjust.

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). The wedge elements 131 . 132 respectively. 141 . 142 are each made of crystalline quartz in the embodiment, wherein the optical crystal axis of the crystal material is oriented in each case parallel to the (in the drawn coordinate system in the z-direction) light propagation direction, so that the optical activity of the crystalline quartz is utilized. In further exemplary embodiments, the wedge elements can also be produced from linearly birefringent crystal material, for example crystalline quartz with an optical crystal axis oriented perpendicular to the light propagation direction or z-direction or also from a linear birefringent crystal material such as magnesium fluoride (MgF ₂ ) or sapphire (Al ₂ O ₃ ).

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. According to 2a , b is in each case in one of the polarization manipulator 130 respectively. 140 forming double wedge arrangements (in 2a for the polarization manipulator 130 ) sets the effective thickness such that no rotation of the polarization direction of the passing light takes place, which corresponds to a certain extent a "zero position" of the double wedge arrangement. The other polarization manipulator (in 2a the polarization manipulator 140 ) forming double wedge arrangement, however, is adjusted in its effective thickness so that a 90 ° rotation of the polarization direction takes place around the direction of light propagation in the z-direction. According to 2 B the adjustment is just reversed, ie the effective thickness of the polarization manipulator 130 forming double wedge arrangement is adjusted so that a 90 ° rotation of the polarization direction takes place about the z-axis, whereas the polarization manipulator 140 forming double wedge arrangement is set so that the polarization direction of the passing light remains unchanged. As a result, in this way, by varying the effective thickness of the double wedge arrangements, a dynamic switching between a first state, in which all of the arrangement of FIG 2a , b emerging light (ie, the light of both partial beams S101, S102) is polarized in the y direction (see. 2a ), and a second state in which all of the arrangement of 2a , b emerging light in the x-direction is polarized, can be achieved, each of all light can be used or provided in the desired polarization state.

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. Furthermore, due to the dynamic adjustability of the polarization manipulators 130 . 140 forming double wedge arrangements in the transition to another wavelength, such as can be carried out in a wafer inspection system, the fact that changes in a variation of the wavelength and the polarization rotation angle in the optically active crystal material. Compensation for this effect can be achieved simply by appropriately adjusting the effective thickness of the respective double wedge arrangement via relative displacement of the associated wedge elements 131 . 132 respectively. 141 . 142 against each other (as a kind of "fine-tuning") with the result that even with the changed wavelength the desired rotation of the polarization direction by 90 ° or 0 ° achieved or the overall as described above polarization adjustment for different wavelengths (eg 248nm, 550nm, etc.) can be performed correctly ,

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. For example, during operation of the wafer inspection system, a first measurement or measurement series can be carried out at a wavelength of approximately 200 nm (with a certain tolerance band of, for example, ± 10 nm), this measurement or measurement series having a first adjustment of the wedge elements 131 . 132 respectively. 141 . 142 takes place and minor wavelength errors due to the tolerance band are accepted. If then switching to another wavelength of, for example, 550 nm (also with a tolerance band of, for example, ± 10 nm), then the setting of the wedge elements 131 . 132 respectively. 141 . 142 changed accordingly to achieve the desired rotation of the polarization direction by 90 ° or 0 ° at this newly set wavelength (again at the expense of minor wavelength error due to the tolerance band).

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. As already mentioned, in other embodiments, the wedge elements of the polarization manipulators 130 . 140 forming double wedge arrangements also be made of linear birefringent crystal material, for example of crystalline quartz with perpendicular to the light propagation direction or z-direction oriented optical crystal axis. In this case, for example, during operation of the optical system of 2a , b having Waferinspektionsanlage of 1 taking place transition to another wavelength (eg from 200nm to 550nm) with the result that the light is no longer exactly polarized linearly after passing through the respective double wedge arrangements, but is slightly elliptically polarized (with the same polarization preferred direction), this unwanted ellipticity in turn by appropriate adaptation of effective thickness of the polarization manipulators 130 . 140 can be compensated.

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. In addition, with reference to 3 and 4a C illustrates a further embodiment of the invention, which as an additional advantage a particularly rapid switching of the polarization state (eg between the reference to 2 generated, mutually orthogonal polarization directions) allows.

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. Referring first to 3 differs an optical system 200 from the basis of 2 described optical system 100 in particular in that instead of the double wedge arrangements in each case a Pockels cell for forming the polarization manipulators 230 respectively. 240 is provided. In this case, the birefringence effected in the respective Pockels cell is set via the respectively applied electrical voltage.

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). These are the polarization manipulators 230 respectively. 240 forming Pockelszellen are made of a suitable crystal material with at working wavelength (eg, about 193 nm or about 157 nm) sufficient transmission, where they allow polarization manipulation due to the linear proportionality of existing in the crystal material birefringence to externally applied electric field. Suitable materials are nonlinear optical crystals such as potassium dihydrogen phosphate (KDP, KH ₂ PO ₄ ) with a transmission in the wavelength range of about 180 nm to about 1500 nm or barium (BBO). At the polarization manipulators 230 respectively. 240 forming Pockelszellen may be in particular transversal Pockels cells. In transverse Pockels cells, the electric field is applied perpendicular to the light propagation direction, so that no passage of light through the electrodes used for generating the electric field (and thus also no transparent configuration of these electrodes) is required. Another advantage of using transversal Pockels cells is the lower electrical voltage required to produce a predetermined delay (eg lambda / 2, lambda being the operating wavelength). Thus, the voltage required to generate a lambda / 2 delay in a transverse Pockels cell of potassium dihydrogen phosphate (KDP, KH ₂ PO ₄ ) is about 220 V, whereas in longitudinal Pockels cells this voltage may have values in the kilovolt (kV) range , The basis of 3 However, the principle described is not limited to the use of transversal Pockels cells, so that in principle also other elements which each have a dependent of the concern of an electric field birefringence, so for example, also longitudinal Pockels cells, can be used. Furthermore, Kerr cells can also be used as polarization-influencing elements instead of Pockels cells, which likewise allow controllable modulation of the polarization of the light passing through variation of an externally applied electric field (in the case of the Kerr cell, the induced birefringence does not correspond to the applied electric field as in FIG a Pockels cell is linearly proportional, but has a quadratic dependence on the applied electric field).

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. In the case of the realization of the optical system according to the invention using Pockelszellen according to 3 has, for example, when used in the wafer inspection system of 1 transition to another wavelength (eg from 200nm to 550nm) results in the light passing through the respective polarization manipulators 230 respectively. 240 forming Pockels cells no longer exactly polarized linearly, but is slightly elliptical polarized (at the same polarization preferred direction). This is in 4a C illustrates, taking the situation according to 4a the setting of a desired polarization (in the example y polarization) for a first wavelength λ ₁ by applying electrical voltages U ₁ and U ₂ to the polarization manipulators 230 respectively. 240 corresponding Pockelszellen corresponds. 4b corresponds to the transition to another wavelength λ ₂ , in which case the unchanged concerns of the electrical voltages U ₁ and U ₂ leads to an undesirable ellipticity of the polarization state. 4c corresponds to the situation with compensation of this ellipticity in order to achieve the again "correct" polarization setting accordingly 4a , including the polarization manipulators 230 respectively. 240 modifying Pockelszellen voltage to values U ₁ + a and U ₂ + b are modified.

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. Although the present invention advantageously in realization of the above with reference to 2 - 4 The invention is not limited to this described efficient conversion of unpolarized light into polarized light. Thus, in other embodiments, an implementation of the polarization-influencing arrangement 10 under construction 1 also be carried out in other ways, wherein embodiments of the present application are included, in which in the polarization-influencing arrangement 10 a loss of intensity is accepted, for example by using a Rochon prism, which can be made rotatable to set the desired direction of polarization.

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. While the invention has been described in terms of specific embodiments, numerous variations and alternative embodiments, e.g. by combination and / or exchange of features of individual embodiments. Accordingly, it will be understood by those skilled in the art that such variations and alternative embodiments are intended to be embraced by the present invention, and the scope of the invention is limited only in terms of the appended claims and their equivalents.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 5364819 [0035]

Claims

Optical system of a wafer inspection system, comprising - a polarization beam splitter ( 12 ); At least one transmissive optical element ( 15 ); and - one for generating a magnetic field in the region of this transmissive optical element ( 15 ) suitable arrangement; - wherein the transmissive optical element ( 15 ) in the operation of the wafer inspection system, a rotation of the polarization direction of the polarization beam splitter ( 12 ) reflected, linearly polarized light as a result of in the transmissive optical element ( 15 ) causes Faraday rotation.

An optical system according to claim 1, characterized in that it is further in the light propagation direction in front of the polarization beam splitter ( 12 ) a polarization-influencing arrangement ( 10 ) having.

Optical system according to claim 2, characterized in that on the polarization beam splitter ( 12 ), linearly polarized light is obtained in that the polarization-influencing arrangement ( 10 ) converts unpolarized light from a light source into linearly polarized light without loss of intensity.

Optical system according to claim 2 or 3, characterized in that the polarization-influencing arrangement ( 10 ) at least one variably adjustable polarization manipulator ( 130 . 140 . 230 . 240 ) having.

Optical system according to one of the preceding claims, characterized in that for generating a magnetic field in the region of the transmissive optical element ( 15 ) has suitable arrangement at least one can be acted upon by electric current coil.

Wafer inspection system, characterized in that the wafer inspection system is an optical system ( 100 . 200 . 400 ) according to one of the preceding claims.

A method of operating a wafer inspection system, the wafer inspection system including a polarization beam splitter ( 12 ) and a transmissive optical element ( 15 ), wherein a wafer to be inspected ( 13 ) is illuminated with linearly polarized light; and - wherein the polarization direction of this light is adjusted by the fact that in the region of the transmissive optical element ( 15 ) a magnetic field is applied such that the transmissive optical element ( 15 ) a rotation of the polarization direction due to Faraday rotation for at the polarization beam splitter ( 12 ) causes reflected linearly polarized light.

Method according to claim 7, characterized in that the wafer ( 13 ) is illuminated in at least two separate method steps with linearly polarized light, these method steps differing from one another with respect to the polarization direction of the respective linearly polarized light, whereby these different polarization directions are determined by variation in the region of the transmissive optical element ( 15 ) generated magnetic field.

A method of operating a wafer inspection system, the wafer inspection system including a polarization beam splitter ( 12 ) and a transmissive optical element ( 15 ), wherein a wafer to be inspected ( 13 ) is illuminated in at least two separate process steps with linearly polarized light, these process steps differ from each other with respect to the polarization direction of the respective linearly polarized light; and - whereby these different directions of polarization are achieved by varying one in the region of the transmissive optical element ( 15 ) generated magnetic field.

Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that the transmissive optical element ( 15 ) for at the polarization beam splitter ( 12 ) reflected linearly polarized light in at least one method step in a single passage of light due to the Faraday rotation causes a polarization rotation angle of 45 ° ± 5 ° amount.

Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that the transmissive optical element ( 15 ) for at the polarization beam splitter ( 12 ) reflected linearly polarized light with a single passage of light as a result of the Faraday rotation in one of the two process steps a polarization rotation angle of + 45 ° ± 5 ° and in the other of the two steps causes a polarization rotation angle of -45 ° ± 5 °.

Method according to one of claims 7 to 11, characterized in that the wafer ( 13 ) is positioned in at least one method step such that an angle between line structures on the wafer ( 13 ) and the polarization direction of the polarization beam splitter ( 12 ) reflected linearly polarized light before entering the transmissive optical element ( 15 ) amounts to 45 ° ± 5 °.

Method according to one of claims 7 to 12, characterized in that on the Polarization beam splitter ( 12 ), linearly polarized light is obtained by converting unpolarized light of a light source without loss of intensity into linearly polarized light of a predetermined polarization direction.

A method according to claim 13, characterized in that the predetermined polarization direction is chosen such that the polarization beam splitter ( 12 ) has an at least almost complete reflection for this polarization direction.

Method according to claim 13 or 14, characterized in that the conversion of the unpolarized light into polarized light is carried out in each case by using at least one variably adjustable polarization manipulator ( 130 . 140 . 230 . 240 ) he follows.