DE68921249T2 - Mikroskop-Spektralgerät. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Mikroskop-Spektralgerät zum Erfassen des Spektrums des beobachteten Lichts, das von einer auszumessenden Probe ausgeht.
• Eine solche Methode zum Erfassen einer Filmdicke auf der Basis des Messens eines Spektrums S(λ) einer Beobachtungsprobe (S) wird bereits in der EP-A-0 197 199 offenbart, der europäischen Version der JP-A-61 217 705. In dieser Druckschrift ist das Mikroskop- Spektralgerät offenbart mit einem Probenhalter, einer Lichtquelle, einem Strahlaufspalter, einer mikroskopisch-optisches System zum Abbilden von beobachtetem Licht, das von einer Standardprobe oder der Beobachtungsprobe ausgeht und ersten spektroskopischen Mitteln zum Auffangen des beobachteten Lichts aus dem mikroskopisch-optischen System und Auftrennen des beobachteten Lichts in Spektralanteile, sowie ersten Detektormittel zum Erfassen des Spektrums des beobachteten Lichts.
• Es liegt jedoch ein technischer Nachteil darin, daß, da Variationen in der Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle nicht bei der Bearbeitung der gemessenen Spektraldaten in Betracht gezogen werden können. Das Ziel der Vorrichtung jener Druckschrift besteht jedoch auch darin, die lichtaufnehmenden Mittel zu verbessern. Die Probleme, die sich bei der praktischen Benutzung aufgrund der Veränderung der Charakteristik der Lichtquelle ergeben, können dort nicht gelöst werden.
• Weiter ist aus der Veröffentlichung SOVIET PHYSICS DOKLADY, Vol. 28, No. 9, September 1983, Seiten 787 - 789, New York; G. V. Papayan und L S. Agroskin, ein Mikroskop-Spektralphotometer für absorptiometrische und reflektometrische Analyse von Kristallen bekannt. Dieses Mikroskop-Spektrometer benutzt eine Lichtquelle, die einen monochromatischen Strahl variabler Wellenlänge aus sendet und enthält einen optischen Meßweg mit einer Testprobe und einen optischen Referenzweg mit einem Spiegel. Zwischen diesen beiden Wegen ist eine Umschaltung durch ein bewegliches Strahlprisma möglich. Das Mikroskop-Spektrometer, das in diesem Dokument offenbart ist, ist jedoch zur Prüfung der elektronischen Eigenschaften von Mikrokristallen entworfen. Es zeigt keinen vorteilhaften Weg, wie zwei Spektren B'(λ) einer Standardprobe und S'(λ) für die Objektprobe korrigiert erhalten werden können, auf weniger komplizierte Weise zusammen mit den richtigen Korrekturfaktoren.
• Zum besseren Verständnis der Erfindung wird weiterer Stand der Technik in Fig. 1 als schematisches Blockdiagramm dargestellt, wobei ein konventionelles Mikroskop-Spektralgerät dargestellt wird.
• Wie in Fig. 1 dargestellt ist, enthält das Mikroskop- Spektralgerät ein Beleuchtungssystem 10, ein mikroskopisch-optisches System 20, einen reflektierenden Spiegel 30, eine spektroskopische Einheit 40 und ein beobachtungsoptisches System 50.
• Das beleuchtende optische System 10 wird durch eine Lichtquelle 11, eine Bündelungslinse 12, einen Blendenstop 13 und eine weitere Bündelungslinse 15 gebildet, so daß das Beleuchtungslicht, das von der Quelle 11 ausgeht, zu dem mikroskopisch-optischen System 20 durch die Bündelungslinse 12, den Blendenstop 13, den Leuchtfeldblende 14 und die Zerstreuungslinse 15 geführt wird.
• Das mikroskopisch-optische System 20 wird durch eine Objektivlinse 21, eine bilderzeugende Linse 24 und einen Strahlaufspalter 23, der zwischen der Objektivlinse 21 und der bilderzeugenden Lise 24 vorgesehen ist, gebildet. Das Bezugszeichen 22 bezeichnet eine Pupillenposition der Objektivlinse 21.
• Das Beleuchtungslicht, das von der Lichtquelle 11 ausgeht, passiert die Bündelungslinse 12, den Blendenstop 13, den Leuchtfeldblende 14 und die Bündelungslinse 15 und wird an die Objektivlinse 21 durch den Strahlaufspalter 23 geführt. Das Beleuchtungslicht, das durch die Objektivlinse 21 übertragen wird, wird auf die Oberfläche der Probe S aufgebracht, die durch einen Probenhalter (nicht dargestellt) unterstützt ist.
• Reflektiertes Licht, das von der Oberfläche der Probe S reflektiert wird, wird vergrößert und an einer Position nahe des Reflektionsspiegels 30 durch die Objektivlinse 21, den Strahlspalter 23 und die bilderzeugende Linse 24 abgebildet.
• Der reflektierende Spiegel 30 wird mit einem Nadelloch 31 versehen. Innerhalb des reflektierenden Lichts wird daher reflektiertes Licht LS, das das Nadelloch 31 passiert, in die spektroskopische Einheit 40 eingebracht.
• Die spektroskopische Einheit 40 wird durch ein Beugungsgitter 41 zur Auftrennung des reflektierten Lichts LS in Spektralkomponenten und einen Photodetektor 42 zur Erfassung des Spektrums des Lichts, das spektral durch das Beugungsgitter 41 gebeugt ist. Das Beugungsgitter 41 kann durch ein Gitter des Flach- Feldtyp-Beugungsgitters erzeugt werden, das beispielsweise ein Spektrum auf einer flachen Ebene abbildet. Alternativ kann das Beugungsgitter durch ein solches gebildet werden, daß einen Wobbelzusatz besitzt. Der Fotodetektor 42, der durch ein Fotodiodenarry oder ein CCD beispielsweise gebildet ist, ist dem Nadelloch 31 gegenüberstehend angeordnet. Alternativ kann der Fotodetektor 42 durch einen Fotomultiplier gebildet werden.
• Da die spektroskopische Einheit 40 den oben genannten Aufbau besitzt, wird das reflektierte Licht, das in die spektroskopische Einheit 40 eingebracht wurde, durch das Beugungsgitter 41 in seine Spektralkomponenten aufgetrennt, und die jeweiligen Spektralkomponenten des Lichts LS werden durch den Fotodetektor 42 aufgenommen, der wiederum ein Signal ausgibt, das im Spektrum dem Licht LS entspricht.
• Innerhalb des reflektierten Lichts tritt andererseits dasjenige, das von dem reflektierendem Spiegel 30 reflektiert wird, in das beobachtungsoptische System 50 ein und wird auf einer bilderzeugenden Position 52 durch eine Übertragungslinse 51 abgebildet. Dadurch wird ein vergrößertes Bild der Oberfläche der Probe S auf einer bilderzeugenden Ebene abgebildet, so daß die Meßposition der Probe S bestätigt werden kann und eine Fokussierung auf der Basis des vergrößerten Bildes vorgenommen werden kann.
• Wenn Beobachtungslicht auf die Oberfläche einer Probe S aufgebracht wird, die ein Substrat und einen transparenten dünnen Film enthält, der darauf gebildet ist, wie zum Beispiel ein Siliziumsubstrat und einen Silizium-Oxid-Film, wird Licht, das durch die Oberfläche des dünnen Films reflektiert wird und das durch den dünnen Film hindurchgeleitet wird und dann durch die Oberfläche des Substrats reflektiert wird, in dem Mikroskop-Spektralgerät aufgenommen, während es miteinander interferiert. Der Grad solcher Interferenz hängt von den Beugungsindizes des Substrats und des dünnen Films ab, und der Dicke des dünnen Films und der Wellenlänge des Beobachtungslichts.
• Da die Indizes der Beugung des Substrats und des dünnen Films und die Wellenlänge des Beleuchtungslichts in dem oben genannten Mikroskop-Spektroskop 1 konstant sind, hängt der Grad der Interferenz des reflektierten Lichts nur von der Dicke des dünnen Films ab, und das Mikroskop-Spektroskop 1 gibt ein Meßsignal für ein Spektrum aus, das die Dicke des dünnen Films darstellt. Daher wird das konventionelle Mikroskop- Spektralgerät 1 im allgemeinen für eine Filmdicke- Meßvorrichtung benutzt.
• Wie in Fig. 1 dargestellt, wird eine solche Filmdicke-Meßvorrichtung 2 durch das Mikroskop- Spektralgerät 1 und eine Rechnereinheit 3 gebildet, so daß das Mikroskop-Spektralgerät 1 das Spektrum der Probe S erfaßt und die arithmetische Einheit 3 auf der Basis der Spektraldaten, die von dem Mikroskop- Spektralgerät 1 erfaßt wurden, die Filmdicke auf der Probe S errechnet.
• Das Spektrum, das durch das Mikroskop-Spektralgerät 1 erfaßt wird, wird durch verschiedene Faktoren, wie zum Beispiel die Spektraldurchlässigkeitscharakteristik des Beleuchtungssystems 10 und des mikroskopisch- optischen Systems 20, die Beleuchtungsenergieverluste, die dadurch verursacht werden, wenn Licht durch diese optischen Systeme hindurchtritt und die Spektralcharakteristik des Beugungsgitters 41 und die Spektral- Antwortcharakteristik des Fotodetektors 42 und dergleichen beeinflußt. Um genau die Filmdicke auf der probe S zu messen, ist es notwendig, solche Beeinflussungen zu eliminieren.
• Daher werden Fehler, die durch solche Faktoren verursacht werden, wie folgt kalibriert:
• Fig. 2 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Messen der Filmdicke durch die Filmdicke-Meßvorrichtung 2 zeigt. Vor Beginn der Messung durch die Filmdicke- Meßvorrichtung 2 gibt ein Benutzer Spektraldaten B(λ) einer Probe (im folgenden als "Standardprobe" bezeichnet), deren Spektraldaten bekannt sind, über eine Tastatur (nicht dargestellt) in die arithmetische Einheit 3 ein, um die Daten in einem Speicher (nicht dargestellt), der in der arithmetischen Einheit 3 vorgesehen ist, zu speichern. Die Standardprobe kann durch ein Siliziumsubstrat, ein Substrat, das mit Aluminium auf seiner Oberfläche beschichtet ist, oder dergleichen geschaffen werden.
• Darauf wird der Benutzer die Standardprobe auf den Probenhalter des Mikroskop-Spektralgeräts 1 aufsetzen (Schritt S1), und ein Kommando geben, das zur Erfassung von Kalibrierungsdaten an die arithmetische Einheit 3 ausgegeben wird. Als Antwort auf ein Kommando von der arithmetischen Einheit 3, wird das Mikroskop- Spektralgerät 1 das Spektrum der Standardprobe erfassen, um die Daten B'(λ), die das Spektrum im Speicher der arithmetischen Einheit 3 betreffen, zu speichern (Schritt S2).
• Dann nimmt der Benutzer die Standardprobe aus dem Probenhalter des Mikroskop-Spektralgeräts 1 und setzt die Probe S auf den Probenhalter auf dem Mikroskop- Spektralgerät 1 (Schritt S3). Darauf gibt der Benutzer ein Kommando zum Starten der Messung an die arithmetische Einheit 3, so daß das Mikroskop-Spektralgerät 1 das Spektrum der Probe S als Antwort auf ein Kommando, das von der arithmetischen Einheit 3 ausgegeben wird, erfaßt, um die Daten S'(λ), die zu deren Spektrum im Speicher der arithmetischen Einheit 3 gehören, zu speichern (Schritt S4).
• In einem Schritt S5, werden die Daten S'(λ), B(λ) und B'(λ), die in dem Speicher gespeichert sind, in die arithmetische Einheit 3 eingelesen, um die Daten S(λ) nach folgender Gleichung zu erhalten:
• Die Daten S(λ) korrespondieren mit einem Signal, das von dem Mikroskop-Spektralgerät 1 aufgrund der Annahme ausgegeben wurde,daß absolut keine Beeinflussung durch die obigen Faktoren verursacht wird. Mit anderen Worten zeigen die Daten S(λ) das wahre Spektrum der Probe S.
• Auf der Basis, daß die Daten S(X), die beim Schritt S5 erhalten wurden, errechnet die arithmetische Einheit 3 die Dicke des dünnen Films (Schritt S6). Das Prinzip des Errechnens der Filmdicke ist dem Fachmann wohl bekannt und daher wird dessen Beschreibung ausgelassen.
• Wie aus der Gleichung (1) gesehen werden kann, werden die Daten S'(λ) die mit dem tatsächlich gemessenen Spektrum zusammenhängen, in der oben genannten Art und Weise kalibriert und die Daten S(λ), die mit dem wahren Spektrum korrespondieren erhalten, wodurch die Filmdicke akkurat gemessen werden kann.
• Weiter werden, da die oben genannten Faktoren durch periphere Umweltveränderungen um die Vorrichtung 2, wie zum Beispiel in Temperatur, in Feuchtigkeit usw. nicht beeinflußt werden, sondern konstant verbleiben, die Daten B'(λ), die einmal gemessen sind, sich nicht wesentlich verändern. Dadurch werden die Schritte S3 bis S6 in dieser Reihenfolge wiederholt, um die Dicke einer nachfolgenden Probe S zu messen, um so kontinuierlich akkurat die Filmdicke zu messen.
• Jedoch wird das Spektrum auch durch andere Faktoren als die obig genannten beeinflußt, wie zum Beispiel durch die spektrale Abstrahlcharakteristik, die zum Beispiel Veränderungen in der Umgebungstemperatur der Lichtquelle 11 folgt. Wenn sich die Umgebungstemperatur der Lichtquelle 11 ändert, wird sich auch die spektrale Ausstrahlcharakteristik als Antwort darauf verändern, so daß das Spektrum, das akkurat durch das Mikroskop-Spektralgerät 1 gemessen wird, verändert ist. Es wird hier angenommen, daß die Lichtquelle 11 eine bestimmte spektrale Abstrahlcharakteristik (im folgenden als erste Charakteristik bezeichnet) zum Beispiel bei der Messung der Daten B'(λ) beim Schritt S2 , besitzt. Wenn die Charakteristik der Lichtquelle 11 bei der Erfassung des Spektrums der Probe S im wesentlichen identisch mit der ersten Charakteristik ist, kann die Filmdicke ohne besondere Probleme gemessen werden.
• Wenn jedoch eine Vielzahl von Proben S kontinuierlich einer Messung der Filmdicke unterworfen wird und die Lichtquelle 11 eine zweite Charakteristik besitzt, die ganz entscheidend von der ersten Charakteristik nachdem eine bestimmten Zeitperiode vergangen ist, abweicht, wird die Genauigkeit der Messung der Filmdicke verringert. Dies geschieht, weil die Daten S'(λ), durch das Beleuchtungslicht erfaßt werden, das von der Lichtquelle 11 mit einer zweiten Charakteristik ausgeht, obwohl die Daten B'(λ) durch das Beleuchtungslicht erfaßt werden, das von der Lichtquelle 1 ausgeht, die die erste Charakteristik hat.
• Um kontinuierlich korrekte Messungen der Filmdicke vorzunehmen, ist es daher notwendig, dauernd die Daten B'(λ) nach dem Messen der Filmdicke der Probe S zu messen, wie dies durch gestrichelte Linien in Fig. 2 dargestellt ist. In diesem Fall wird die Arbeitseffizienz verringert, da die Proben auf dem Probenhalter des Mikroskop-Spektralgerätes ersetzt werden müssen.
• Die vorliegende Erfindung ist auf ein Mikroskop- Spektralgerät gerichtet, das tatsächlich die Spektren einer Standardprobe mißt, deren Spektrum B'(λ) bekannt ist und das Spektrum S(λ) einer Objektivprobe, um das Spektrum S'(λ) auf der Basis des Spektrums B'(λ) zu korrigieren.
• Das Spektrum B'(λ) des Beobachtungslichts, das von der Standardprobe ausgeht, deren Spektrum B(λ) bekannt ist, wird erfaßt. Auch das Spektrum S'(λ) des Beobachtungslichts, das von der Objektivprobe ausgeht, wird erfaßt. Daher wird das Spektrum S'(λ) auf der Basis des Spektrums B(λ) und B'(λ) korrigiert, um dadurch die Verminderung in der Erfassungsgenauigkeit, die durch Veränderungen in der Umgebungstemperatur des Apparates Feuchtigkeit oder dergleichen verursacht werden, auszugleichen.
• Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung besser deutlich, wenn sie im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird.
• Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein konventionelles Mikroskop-Spektralgerät zeigt,
• Fig. 2 ist ein Flußdiagramm, das ein Verfahren zum Messen der Filmdicke mit Hilfe einer Filmdicke-Meßvorrichtung zeigt, die auf das Mikroskop-Spektralgerät, das in der Fig. 1 dargestellt ist, angewandt ist,
• Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Mikroskop-Spektralgerät nach einem ersten Beispiel (nicht beansprucht) zeigt,
• Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, das ein Verfahren zum Messen der Filmdicke durch einen Filmdicke-Meßapparat zeigt, das auf ein Mikroskop-Spektralgerät, aus der Fig. 3 angewandt ist,
• Fig. 5 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Mikroskop-Spektralgerät nach der vorliegenden Erfindung zeigt,
• Fig. 6 ist ein Flußdiagramm, das den Betrieb einer Filmdicke-Meßvorrichtung zeigt, die auf das Mikroskop-Spektralgerät, aus der Fig. 5 angewandt ist,
A Erstes Beispiel (nicht beansprucht)
• Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Mikroskop-Spektralgerät A nach einem ersten Beispiel (nicht beansprucht) zeigt. Wie in der Fig. 3 dargestellt, wird das Mikroskop-Spektralgerät A durch ein beleuchtungsoptisches System 10, ein mikroskopisch- optisches System 20, einen reflektierenden Spiegel 30, eine spektroskopische Einheit 40, ein optisches Beobachtungssystem 50, einen anderen reflektierenden Spiegel 61 und Blenden 62 und 63 gebildet. Das optische Beleuchtungssystem 10, das mikroskopisch-optische System 20, der reflektierende Spiegel 30, die spektroskopische Einheit 40 und das beobachtende optische System 50 sind identisch mit denen im Stand der Technik, wie er in der Fig. 1 dargestellt ist, und daher ist eine redundante Beschreibung ausgelassen.
• Der reflektierende Spiegel 61 wird auf einem optischen Weg des Beleuchtungslichts vorgesehen, das von der Lichtquelle 11 ausgeht, an einer Position symmetrisch mit einer Pupillenposition 22 in Bezug auf einen Strahlteiler 23. Die Position des reflektierenden Spiegels 61 ist nicht hierauf beschränkt, sondern kann ein wenig auf dem optischen Weg des Beleuchtungslichtes verrückt werden, wie es sich von selbst versteht. Der reflektierende Spiegel 61 hat wünschenswerterweise eine im wesentlichen gleichartige Spektralreflektionseigenschaft innerhalb des Wellenlängenbereichs der Spektralbeugung und wird durch einen Spiegel gebildet, der mit Aluminium etc. beschichtet ist, dessen spektrale Reflektivität sich nicht wesentlich innerhalb dieses Bereiches ändert.
• Die Blende 62 wird zwischen dem reflektierenden Spiegel 61 und dem Strahlteiler 23 angeordnet, während die andere Blende 63 zwischen der Pupillenposition 22 einer Objektivlinse 21 und dem Strahlteiler 22 angeordnet ist. Die Blenden 62 und 63 werden durch Befehle, die von der arithmetischen Einheit 4 ausgegeben werden, geöffnet und geschlossen. Die Blende 63 ist nicht darauf beschränkt, zwischen der Pupillenposition 22 und dem Strahlteiler 23 angeordnet zu werden, sondern kann auch geeignet zwischen der Probe S und dem Strahlteiler 23 angeordnet werden.
• Das oben genannte Mikroskop-Spektralgerät A kann für eine Filmdicke-Meßvorrichtung ähnlich wie im Stand der Technik benutzt werden. Das Symbol AA in Fig. 3 bezeichnet eine Filmdicke-Meßvorrichtung. Wie in der Fig. 3 dargestellt, wird die Filmdicke-Meßvorrichtung AA durch das Mikroskop-Spektralgerät A und die arithmetische Einheit 4 gebildet, die die Filmdicke in Übereinstimmung mit der nachfolgenden Vorgehensweise bestimmt, während sie das Mikroskop-Spektralgerät A steuert.
• Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, das ein Verfahren zum Messen der Filmdicke durch die Filmdicke- Meßvorrichtung AA zeigt. Vor der Messung der Filmdicke durch die Filmdicke-Meßvorrichtung AA gibt ein Benutzer durch eine Tastatur (nicht dargestellt) Daten B (λ), die mit einem bekannten Spektrum einer Standardprobe in Beziehung stehen, in die arithmetische Einheit 4 ein, um diese in einem Speicher (nicht dargestellt), der in der arithmetischen Einheit 4 vorgesehen ist, zu speichern. Der Benutzer berechnet weiter im Vorwege Daten (hier im folgenden als "Referenzdaten" bezeichnet), die mit dem Spektrum in Bezug zur Dicke einen dünnen Film auf der Basis von Indizes der Reflektion eines Substrats und des dünnen Films der Probe S für jeweils einen gleichbleibenden Dickenabstand in Beziehung stehen und gibt die Ergebnisse der Berechnung in die arithmetische Einheit 4 über die Tastatur ein, um dieselben in dem Speicher der arithmetischen Einheit 4 zu speichern.
• Dann setzt der Benutzer die Standardprobe in den Probenhalter (Schritt S11) und gibt ein Kommando zur Erfassung der Kalibrierdaten an die arithmetische Einheit 4. Als Antwort auf Kommandos von der arithmetischen Einheit 4 werden die Blenden 62 und 63 in jeweils einem geschlossenen und geöffneten Zustand versetzt (Schritt S12), so daß das Beleuchtungslicht, das von der Lichtquelle 11 ausgeht, auf die Oberfläche der Standardprobe aufgebracht wird, wenn die Lichtquelle 11 angeschaltet wird. Erfaßtes Licht, das durch die Oberfläche der Standardprobe reflektiert wird, wird vergrößert und in einer Position nahe des Reflektionsspiegels 30 durch die Objektivlinse 21 und die bilderzeugende Linse 24 abgebildet. Innerhalb des Beobachtungslichts wird beobachtetes Licht LS durch ein Nadelloch 31 passieren und in der spektroskopischen Einheit 40 aufgenommen, die wiederum das Spektrum des beobachteten Lichts LS erfaßt. Weiter werden Daten B'(λ), die mit dem Spektrum in Beziehung stehen, von einem Fotodetektor 42 an die arithmetische Einheit 4 weitergeleitet und in dem Speicher gespeichert (Schritt S13).
• Unmittelbar nach Schritt S13 werden die Blenden 62 und 63 wieder in jeweils den geöffneten und geschlossenen Zustand gesetzt, reagierend auf Befehle, die von der arithmetischen Einheit 4 ausgegeben wurden (Schritt S14). Die Lichtquelle 11 wird eingeschaltet, und Beleuchtungslicht wird auf den reflektierenden Spiegel 61 durch eine Bündelungslinse 12, einen Blendenstop 13, einen Leuchtfeldblende 14 und eine weitere Bündelungslinse 15, den Strahlteiler 23 und die Blende 62 eingebracht. Reflektiertes Licht, das durch den Reflektionsspiegel 61 reflektiert wurde, wird zur bilderzeugenden Linse 24 durch den Strahlteiler 23 geführt, um vergrößert zu werden und in einer Position nahe des Reflektionsspiegels 30 durch eine bilderzeugende Linse 24 abgebildet zu werden. Innerhalb des reflektierten Lichts wird reflektiertes Licht LR, das das Nadelloch 31 passiert, in die spektroskopische Einheit 40 eintreten, und der Fotodetektor 42 erfaßt das Spektrum des reflektierten Lichts LR. Weiter werden Daten R&sub0;(λ), die mit dem Spektrum, das vom Fotodetektor 42 an die arithmetische Einheit 4 in Zusammenhang stehen, dazu vorgesehen, im Speicher gespeichert zu werden (Schritt S15). Die Daten RO(λ) zeigen die spektrale Emissionscharakterisik der Lichtquelle 11 bei der Messung der Spektraldaten B'(λ).
• Darauf nimmt der Benutzer die Standardprobe aus dem Probenhalter und setzt die Probe S in den Probenhalter (Schritt S16). Dann gibt der Benutzer ein Befehl zum Beginnen der Messung an die arithmetische Einheit 4, wodurch das Mikroskop-Spektralgerät A reagierend auf einen Befehl, der von der arithmetischen Einheit 4 ausgegeben wird, die Filmdicke der Probe S, korrekt wie folgt zu bestimmen:
• Die Blenden 62 und 63 werden in jeweils einen geschlossenen und einen geöffneten Zustand versetzt (Schritt S17), so daß das Spektrum des beobachteten Lichts LS ähnlich wie oben erfaßt wird und Daten S' (λ), die mit dem Spektrum des beobachteten Lichts LS in Beziehung stehen, in dem Speicher in der arithmetischen Einheit 4 gespeichert werden (Schritt S18).
• Unmittelbar nach dem Schritt S18 werden die Blenden 62 und 63 jeweils wieder in einen geöffneten Zustand und einen geschlossenen Zustand versetzt (Schritt S19), so daß das Spektrum des reflektierten Lichts LR gleichzeitig mit den obigen und den Daten R(λ), die zu dem Spektrum des reflektierten Licht LR in Beziehung stehen, das in dem Speicher der arithmetischen Einheit 4 gespeichert ist, erfaßt wird (Schritt 20).
• Darauf werden die Daten B'(λ), B'(λ), S'(λ) R(λ) und R&sub0;(λ), die in dem Speicher gespeichert sind, gelesen, so daß die Daten S (λ) nach folgender Formel erhalten werden (Schritt 21)
• Sogar wenn die Lichtquelle 11 eine zweite Charakteristik bei der Messung der Daten S'(λ) besitzt (Schritt S18), während die gleiche eine erste Charakteristik bei der Messung der Daten B'(λ) (Schritt 13) besitzt, können die Daten S(λ), die mit dem Spektrum der Probe S in Beziehung stehen, richtig erfaßt werden, da die Größe der Variation in der Spektralemissionscharakteristik der Lichtquelle 11 auf der Basis der Daten R&sub0; (λ) und R(λ) korrigiert ist.
• Darauf werden die Daten S(λ) mit Referenzdaten verglichen, die in dem Speicher gespeichert sind, so daß die Filmdicke der Probe S bestimmt wird (Schritt S22).
• Wie aus der Gleichung (2) zu sehen ist, werden die Daten S'(λ), die mit dem tatsächlich gemessenen Spektrum in Beziehung stehen, in der oben genannten Art kalibriert, um die Filmdicke auf der Basis der kalibrierten Daten S(λ) zu erhalten, wodurch die Genauigkeit in der Messung der Filmdicke verbessert werden kann.
• Nachdem der Benutzer die Probe S ersetzt, werden die oben genannten Schritte S17 bis S22 so wiederholt, daß sie die Messung der Filmdicke der Probe 22 kontinuierlich ausführen.
• Wie obig beschrieben, werden Fehler, die durch Veränderungen der Spektralemissionscharakteristik der Lichtquelle 11 verursacht werden, durch nur das Schalten der geschlossenen und geöffneten Zustände der Blenden 62 und 63 kalibriert, um hierdurch die Betriebseffizienz zu steigern.
• Obwohl die Daten R(λ) unmittelbar nach Erfassung der Daten S'(λ) erfaßt werden, können dieselben auch unmittelbar vor Erfassung der Daten S'(λ) erfaßt werden.
• Weiter ist das Verfahren zum Erfassen der Filmdicke auf der Basis der Daten S(λ) nicht auf das Obige beschränkt, sondern eine wohlbekannte Methode, wie zum Beispiel die, die in dem japanischen Patent JP-A-61 217 705 beschrieben ist, kann auch angewendet werden.
B Erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung
• Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das einen wesentlichen Teil eines Mikroskop-Spektralgerätes nach der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein optisches Beleuchtungssystem 10, ein mikroskopisch-optisches System 20, eine Objektivlinse 71, eine Standardprobe 72 und Blenden 73 und 74, die Komponenten eines Mikroskop- Spektralgerätes B sind, werden in der Fig. 5 gezeigt. Andere Komponenten (reflektierende Spiegel 30, spektroskopische Einheit 40 und beobachtungsoptisches System 50) sind mit denen des ersten Beispiels identisch, und nicht in der Zeichnung dargestellt. Bezugszeichen 75 bezeichnet eine Pupillenposition der Objektivlinse 71.
• Die Objektivlinse 71, die im wesentlichen identisch in ihrer spektralen Durchlässigkeit und der Öffnungszahl zur Objektivlinse 21 ist, wird symmetrisch zur Objektivlinse 21 des mikroskopisch-optischen Systems 20 mit Bezug auf den Strahlteiler 23 angeordnet. Die Standardprobe 72 wird in einer vorderen Brennpunktposition der Objektivlinse 71 vorgesehen. Die Blenden 73 und 74 sind jeweils zwischen den Strahlteilern 23 und den Pupillenpositionen 75 und 22 angeordnet.
• Da das Ausführungsbeispiel im wesentlichen im Aufbau dem des ersten Beispiels entspricht, wie dies durch Vergleichen der Fig. 3 und 5 gesehen werden kann, wird das Mikroskop-Spektralgerät B als eine Filmdicke- Meßvorrichtung genutzt. Solch eine Filmdicke- Meßvorrichtung ist im Aufbau identisch mit der Filmdicke-Meßvorrichtung AA, die in der Fig. 3 dargestellt ist, außer daß eine Objektivlinse 71 geschaffen ist, und ihr Betrieb ist ebenso identisch zu dem der Vorrichtung AA (Fig. 4). Nach dem Ausführungsbeispiel kann daher ein Effekt erreicht werden, der identisch zu dem des ersten Beispiels ist.
• Andererseits sind die optischen Bedingungen zwischen der Standardprobe 72 und dem Strahlteiler 23 im wesentlichen gleich mit denen zwischen einer Probe 5 und dem Strahlteiler 23. Daher kann folgender Effekt erreicht werden:
• Figur 6 zeigt ein Flußdiagramm, das den Betrieb einer Vorrichtung zum Messen einer Filmdicke zeigt, in der eine Standardprobe durch das Bezugszeichen 72 gezeigt ist. Ähnlich wie im ersten Beispiel speichert der Benutzer Daten B(λ), die mit dem Spektrum der Standardprobe in Beziehung stehen, und vorabbestimmte Referenzdaten jeweils in dem Speicher vor einer Filmdicke-Messung.
• Dann setzt der Benutzer die Probe 5 in einen Probenhalter (Schritt S16) und gibt einen Befehl zum Starten der Messung an die arithmetische Einheit 4, so daß die gesamte Vorrichtung reagierend auf ein Kommando, das von der arithmetischen Einheit 4 ausgegeben wird, überwacht ist, und dadurch richtig die Filmdicke auf der Probe S in folgender Weise zu erfasst:
• Die Blenden 73 und 74 werden jeweils in geschlossenen und geöffneten Zustand versetzt (Schritt 17'), so daß das Spektrum des beobachteten Lichts, das erfaßt wird, gleichartig mit den obigen und den Daten S'(λ) ist, die mit dem Spektrum des Lichts, das von der Objektivprobe reflektiert ist, in Beziehung stehen, in dem Speicher gespeichert wird (Schritt S18).
• Unmittelbar nach dem Schritt 518 werden die Blenden 73 und 74 jeweils in geöffneten und geschlossenen Zustand versetzt (Schritt S19') und das Spektrum des reflektierten Lichts, das von der Standardprobe 72 reflektiert wird, wird gleichartig mit dem obigen erfaßt, so daß Daten B'(λ), die mit dem Spektrum des Lichts, das von der Standardprobe reflektiert wird, in dem Speicher gespeichert werden (Schritt S20').
• Darauf werden die Daten B(λ), B'(λ) und S(λ) in dem Speicher eingelesen, um Daten S(λ) in Übereinstimmung mit der folgenden Formel zu erhalten (Schritt S21):
• Es besteht keine Notwendigkeit einen Fehler, der durch Veränderungen in der Spektralemissionscharakteristik einer Lichtquelle 11 verursacht ist, zu berücksichtigen, da die Daten B'(λ) unmittelbar nach Erfassung der Daten S'(λ) erfaßt werden.
• Darauf werden die Daten S(λ) mit den Referenzdaten, die in dem Speicher gespeichert sind, verglichen, um die Filmdicke der Probe S zu bestimmen (Schritt S22).
• Die Filmdicke kann insbesonder durch Wiederholen der Schritte S16 bis S22 im einzelnen kontinuierlich gemessen werden.
• Wie durch Vergleichen der Fig. 4 und 6 gesehen werden kann, wird der Meßvorgang stark vereinfacht, wenn die Standardprobe 72 benutzt wird, um die Betriebseffizienz zu steigern.
• Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben genannten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern die Ausführungsbeispiele können beispielsweise durch das beleuchtungsoptische System 10 des ersten Beispiels und einen anderen Aufbau ersetzut werden, der durch ein mikroskopisch-optisches System 20, einen reflektierenden Spiegel 30, eine spektroskopische Einheit 40 und ein beobachtungsoptisches System 50 gebildet werden.
• Weiter kann, obwohl das Beugungsgitter 41 als spektroskopisches Mittel der spektroskopischen Einheit 40 oder 40' eingesetzt wird, in jedem der Ausführungsbeispiele ein optisches Element mit einer spektroskopischen Eigenschaft, z. B. ein Prisma, alternativ verwendet werden.
• Zusätzlich können, obwohl das Mikroskop-Spektralgerät auf eine Filmdicke-Meßvorrichtung in jedem der oben genannten Ausführungsbeispiele angewendet wird, die vorliegende Erfindung nicht auf eine derartige Filmdicke-Meßvorrichtung beschränkt werden.
• Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben und dargestellt wurde, wird darauf hingewiesen, daß dieses nur zum Zwecke der Illustrierung und beispielhaft erfolgte und nicht als Beschränkung des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung gedacht ist, die nur durch die Formulierungen des beigefügten Anspruches bestimmt ist.

Claims (1)

1. Mikroskop-Spektralgerät zum Messen des Spektrums B'(λ) einer Standardprobe, die ein bekanntes Spektrum B (λ) besitzt, und des Spektrums S'(λ) einer Objektivprobe (S), die gemessen werden soll und Korrigieren des Spektrums S'(λ) auf der Basis des Spektrums B'(λ), wobei das Mikroskop-Spektralgerät umfaßt:

(a) einen Probenhalter zum Halten einer Standardprobe und der Objektivprobe (S);

(b) einer Lichtquelle (11) zum Projizieren von Beleuchtungslicht auf den Probenhalter;

(c) einem Strahlteiler (23);

(d) einem mikroskopisch-optischem System (20) zum Abbilden beobachteten Lichts (LS) von der Standardprobe oder der Objektivprobe (S), die durch den Probenhalter in einer vorgegebenen bilderzeugenden Position gehalten ist;

(e) ersten spektroskopischen Mitteln (41) zum Auffangen des erfaßten Lichts (LS) aus dem mikroskopisch- optischem System (20) und zum Auftrennen des Lichts (LS) in Spektralkomponenten;

(f) und ersten Detektormitteln (42) zum Erfassen des Spektrums des beobachteten Lichts (LS);

dadurch gekennzeichnet, daß das mikroskopisch-optische System (20) weiter umfaßt:

(g) eine erste Objektivlinse (21), die zwischen einem Strahlteiler (23) und der Objektivprobe (S) angeordnet ist,

(h) optische Mittel, die eine zweite Objektivlinse (71), die im wesentlichen die gleichen optischen Charakteristika wie die der ersten Objektivlinse (21) des mikroskopisch-optischen Systems (20) besitzt, und Blendenmitteln (73, 74) umfassen,

(i) wobei diese zweite Objektivlinse (71) zwischen der Standardprobe (72) und dem Strahlteiler (23) angeordnet ist,

(j) wobei diese Blendenmittel (73, 74) jeweils einen geschlossenen und einen geöffneten Zustand besitzen, so daß entweder Licht reflektiert von der Objektivprobe (S) erfaßt wird, um Daten S'(λ) zu erhalten oder Licht reflektiert von der Standardprobe (72) erfaßt wird, um Daten B'(λ) zu erhalten,

(k) wodurch die Korrektur nach der Relation:

durchgeführt wird.