Interferometrisches Verfahren f?r ellipsometrische

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*DE10393244B420170921*
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DE 103 93 244 B4 2017.09.21
Patentschrift
(12)
(21) Deutsches Aktenzeichen: 103 93 244.5
(86) PCT-Aktenzeichen: PCT/US03/28484
(87) PCT-Veröffentlichungs-Nr.: WO 2004/023071
(86) PCT-Anmeldetag: 09.09.2003
(87) PCT-Veröffentlichungstag: 18.03.2004
(43) Veröffentlichungstag der PCT Anmeldung
in deutscher Übersetzung: 01.09.2005
(45) Veröffentlichungstag
der Patenterteilung: 21.09.2017
(51) Int Cl.:
G01B 11/06 (2006.01)
G01B 9/02 (2006.01)
G01N 21/21 (2006.01)
G01N 21/41 (2006.01)
G01B 11/24 (2006.01)
Innerhalb von neun Monaten nach Veröffentlichung der Patenterteilung kann nach § 59 Patentgesetz gegen das Patent
Einspruch erhoben werden. Der Einspruch ist schriftlich zu erklären und zu begründen. Innerhalb der Einspruchsfrist ist
eine Einspruchsgebühr in Höhe von 200 Euro zu entrichten (§ 6 Patentkostengesetz in Verbindung mit der Anlage zu §
2 Abs. 1 Patentkostengesetz).
(30) Unionspriorität:
60/409,147
09.09.2002
US
(73) Patentinhaber:
Zygo Corp., Middlefield, Conn., US
(74) Vertreter:
Epping Hermann Fischer,
Patentanwaltsgesellschaft mbH, 80639 München,
DE
(56) Ermittelter Stand der Technik:
US
US
US
US
KR
5 602 643
5 129 724
5 073 018
5 386 119
10 2000 0 061 037
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A
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G. Feke, u.a.; "Interferometric back focal plane
microellipsometry". In: APPLIED OPTICS, Vol. 37,
No. 10, S. 1796-1802, 1998.
(72) Erfinder:
Groot, Peter J., de, Middletown, Conn., US
(54) Bezeichnung: Interferometrisches Verfahren für ellipsometrische, reflektometrische und streulichtanalytische
Messungen, einschließlich der Charakterisierung von Dünnfilmstrukturen
(57) Hauptanspruch: Verfahren, das Folgendes umfasst:
Abbilden von Testlicht, das von einem Testobjekt über eine
Reihe von Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es mit Referenzlicht interferiert, auf einem Detektor, wobei das Test- und
das Referenzlicht von einer gemeinsamen Quelle stammen;
für jeden der Winkel gleichzeitiges Variieren der optischen
Weglängendifferenz von der Quelle zum Detektor zwischen
interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts
mit einer Rate, die von dem Winkel abhängt, mit dem das
Testlicht von dem Testobjekt ausgeht; und
Bestimmen einer Winkelabhängigkeit einer optischen Eigenschaft des Testobjekts anhand der Interferenz zwischen dem
Test- und dem Referenzlicht, während die optische Weglängendifferenz für jeden der Winkel variiert wird.
DE 103 93 244 B4 2017.09.21
Beschreibung
Allgemeiner Stand der Technik
[0001] Die Erfindung betrifft oberflächentopografische Messungen an Objekten mit Dünnfilmen oder diskreten
Strukturen aus ungleichen Materialien. Solche Messungen finden Verwendung für die Charakterisierung von
Flachbildschirmkomponenten, für die Halbleiterwafermetrologie und für die in-situ-Analyse von Dünnfilmen und
ungleichen Materialien.
[0002] Die Ellipsometrie kann zur Analyse der optischen Eigenschaften einer komplexen Oberfläche verwendet werden. Die Ellipsometrie stützt sich auf die Differenz des komplexen Reflexionsvermögens einer Oberfläche, wenn sie in einem schrägen Winkel, beispielsweise 60°, manchmal mit einem variablen Winkel oder mit
mehreren Wellenlängen beleuchtet wird. Der Fachmann kennt zahlreiche Arten von Ellipsometern.
[0003] Um eine größere Auflösung zu erreichen, als ohne Weiteres mit einem herkömmlichen Ellipsometer
erreicht werden kann, messen Mikroellipsometer Phasen- und/oder Intensitätsverteilungen auf der hinteren
Brennebene des Objektivs, auch als Pupillenebene bekannt, wo die verschiedenen Beleuchtungswinkel zu
Feldpositionen abgebildet werden. Solche Geräte sind Modernisierungen herkömmlicher Polarisationsmikroskope oder ”Konoskope”, die historisch mit der Kristallografie und der Mineralogie verknüpft sind, wobei gekreuzte Polarisationsfilter und eine Bertrand-Linse verwendet werden, um die doppelbrechenden Materialien
der Pupillenebene zu analysieren.
[0004] Beispielsweise wird im Dokument von G. Feke, u. a.; ”Interferometric back focal plane microellipsometry” in APPLIED OPTICS, Vol. 37, No. 10, S. 1796–1802, 1998, ein konventionelles Interferometrie Verfahren
beschrieben, das zur Mikroellipsometrie verwendet wird.
[0005] Im Dokument US 5,386,119 A ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Schichtdicke eines Wafers beschrieben, bei dem ein Michelson Interferometer die Strahlung einer IR-Quelle und die Reflexion der IR-Strahlung an dem Wafer bei sich verändernder Weglänge des Michelson Interferometers aufnimmt.
Kurzdarstellung der Erfindung
[0006] Ausführungsformen der Erfindung basieren wenigstens teilweise auf der Erkenntnis, dass die verschiedenen Einfallswinkel in einem Interferometer (das beispielsweise ein Objektiv mit großer numerischer Apertur
aufweist) anhand der entsprechenden Raumfrequenzen eines Interferenzmusters, das durch Abtasten des
Prüfstücks oder des Referenzspiegels relativ zum Interferometer erzeugt wird (beispielsweise zu dem Objekt
hin oder von dem Objektiv weg, das zur Fokussierung von Licht auf das Prüfstück oder den Referenzspiegel
verwendet wird), voneinander unterschieden werden können. Eine mathematische Raumfrequenzzerlegung
eines solchen Interferenzmusters ermöglicht somit Zugang zu der relativen Amplitude und Phase des Lichts,
das von einer Prüfoberfläche in Abhängigkeit vom Winkel reflektiert (oder abgestreut) wird. Dieses Wissen,
zusammen mit einer Kalibrierung der Beleuchtungsverteilung in der Pupille des Objektivs und dem Polarisationszustand der Beleuchtung auf der Pupillenebene, ergibt die Amplituden- und Phaseninformationen für die
Mehrwinkelreflexion (oder -streuung) für jedes Pixel im Sichtfeld, ohne die Pupillenebene direkt auf einer Detektoranordnung abbilden zu müssen. Diese Mehrwinkeldaten können dazu verwendet werden, Prüfoberflächencharakteristika wie beispielsweise Dünnfilmdicke und/oder den komplexen Brechungsindex auf Einzelpixelbasis mit hoher lateraler Auflösung gleichzeitig mit Informationen über das Höhenprofil der Oberfläche zu
erstellen.
[0007] Ausführungsformen der Erfindung enthalten in der Regel ein Interferometer, beispielsweise ein Interferenzmikroskop mit einem Interferenzobjektiv vom Mirau-, Linnik- oder Michelson-Typ oder dergleichen. Das
Objektiv beleuchtet eine – oder sammelt Licht von einer – Prüfoberfläche über einen Bereich von Einfallswinkeln ϕ, beispielsweise ϕ = 0 bis 50° für ein Interferenzobjektiv mit einer numerischen Apertur (NA) von etwa 0,
75. Die Polarisation der Beleuchtung kann radial, linear, zirkular, feldabhängig oder verstellbar sein. Die Vorrichtung enthält in der Regel des Weiteren eine mechanische Abtastvorrichtung zum Verschieben der Prüfoberfläche entlang einer Achse, die parallel zur optischen Achse des Objektivs verläuft, (oder ein Objektiv, das
eine äquivalente Bewegung relativ zum Prüfstück vollführt), während eine elektronische Kamera Interferenzintensitätsdaten für eine Anordnung aus Pixeln erfasst, die Feldpositionen auf dem Prüfstück entsprechen.
Alternativ kann ein Referenzabschnitt der Interferometers abgetastet werden. Das Ergebnis sind Daten über
die Intensität im Vergleich zur Prüfstückposition für jedes Pixel für eine Abfolge aus Objektiventfernungen zum
Prüfstück, die in einem Computerspeicher gespeichert werden.
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[0008] Bei einigen Ausführungsformen wandelt der Computer die Interferenzdaten für jedes Pixel beispielsweise mittels Fourier-Analyse in die Frequenzdomäne um, um Betrag und Phase der einzelnen Raumfrequenzen zu erhalten, die in den Interferenzdaten vorliegen. Der Computer analysiert diese Daten und vergleicht Betrag und Phase mit einem Modell, das die Oberflächenstruktur des Prüfstücks darstellt, einschließlich Einfallswinkel, Polarisation und/oder wellenlängenabhängiger optischer Eigenschaften des Prüfstücks. Diese Analyse
bestimmt Parameter wie beispielsweise Oberflächenhöhe und Dünnfilmdicke.
[0009] Einige Ausführungsformen wählen Wellenlängen oder senden mehrere Wellenlängen in das Interferometer, um eine detaillierte Analyse der optischen Eigenschaften von Materialien in Abhängigkeit von der Wellenlänge – zusätzlich zur Analyse ihrer Winkelabhängigkeit – vorzunehmen. Einige Ausführungsformen analysieren das Streulicht vom Prüfstück, um Informationen über die Oberflächenstruktur anhand der Beugungsund Streuungseigenschaften der Oberfläche in Abhängigkeit von Einfallswinkel und Wellenlänge zu ermitteln.
[0010] Ausführungsformen der Erfindung enthalten zahlreiche Vorteile. Beispielsweise können Ausführungsformen ein Mittel aufweisen, um eine Oberflächenstruktur auf ihre optischen Eigenschaften und ihre Oberflächentopografie gleichzeitig, beispielsweise auf Einzelpixelbasis, mittels Frequenzdomänenzerlegung von Interferenzmustern, die durch vertikales Abtasten des Prüfstücks relativ zum Interferenzobjektiv erzeugt werden,
zu analysieren. Eine solche Herangehensweise ermöglicht Zugang zu den winkelabhängigen und wellenlängenabhängigen optischen Eigenschaften der Oberfläche unter Verwendung von sowohl Amplituden- als auch
Phaseninformationen aus dem reflektierten Licht, ohne direkt auf die Pupillenebene des Instruments zugreifen
zu müssen.
[0011] Wir fassen nun verschiedene Aspekte und Merkmale von einer oder mehreren Ausführungsformen der
Erfindung allgemein zusammen.
[0012] Gemäß einem Aspekt stellt die Erfindung allgemein ein Verfahren bereit, das Folgendes beinhaltet:
Abbilden von Testlicht, das von einem Testobjekt über eine Reihe von Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es mit
Referenzlicht interferiert, auf einem Detektor, wobei das Test- und das Referenzlicht von einer gemeinsamen
Quelle stammen; für jeden der Winkel gleichzeitiges Variieren einer optischen Weglängendifferenz von der
Quelle zum Detektor zwischen interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts mit einer Rate, die
von dem Winkel abhängt, mit dem das Testlicht von dem Testobjekt ausgeht; und Bestimmen einer Winkelabhängigkeit einer optischen Eigenschaft des Testobjekts anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem
Referenzlicht, während die optische Weglängendifferenz für jeden der Winkel variiert wird.
[0013] Ausführungsformen des Verfahrens können eines oder mehrere der folgenden Merkmale enthalten.
[0014] Der Bereich von Einfallswinkeln kann einer numerischen Apertur entsprechen, die größer als 0,7 oder
besonders bevorzugt größer als 0,9 ist.
[0015] Der Detektor kann eine Kamera mit mehreren Detektorelementen sein, und das Abbilden kann das
Abbilden des Testlichts enthalten, das von verschiedenen Stellen des Testobjekts zu entsprechenden Stellen
in der Kamera verläuft. Des Weiteren kann das Bestimmen der Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft
das Bestimmen der Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft an jeder der verschiedenen Stellen des
Testobjekts enthalten.
[0016] Die Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft kann mit Veränderungen der optischen Eigenschaft
in Abhängigkeit vom Winkel des auf das Testobjekt einfallenden Testlichts in Beziehung stehen. Das Verfahren
kann des Weiteren das Beleuchten mehrerer Stellen des Testobjekts mit dem Testlicht enthalten, dergestalt,
dass das Testlicht auf jede der mehreren Stellen über den Bereich von Einfallswinkeln einfällt. In solchen Fällen
kann das Beleuchten und das Abbilden über ein und dieselbe Objektivlinse erfolgen. Des Weiteren kann die
gemeinsame Quelle eine räumlich ausgedehnte Quelle sein.
[0017] Bei anderen Ausführungsformen kann die Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft mit Veränderungen der optischen Eigenschaft in Abhängigkeit vom Winkel des vom Testobjekt gestreuten (oder gebeugten) Testlichts in Beziehung stehen. Das Verfahren kann des Weiteren das Beleuchten mehrerer Stellen des
Testobjekts mit dem Testlicht enthalten, das mit einem gleichmäßigen Winkel auf das Testobjekt auftrifft, und
wobei das Abbilden das Abbilden von Testlicht enthalten kann, das über einen Bereich von Winkeln von jeder
Stelle des Testobjekts zu einer entsprechenden Stelle im Detektor abgestreut wird. In solchen Fällen kann das
Beleuchten und das Abbilden über ein und dieselbe Objektivlinse erfolgen. Des Weiteren kann die gemeinsame Quelle eine Punktquelle sein.
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[0018] Das Abbilden kann des Weiteren das Polarisieren des Testlichts in einer Pupillenebene eines optischen
Systems, das für das Abbilden verwendet wird, enthalten.
[0019] Das Verfahren kann des Weiteren das Beleuchten des Testobjekts mit dem Testlicht und das Polarisieren des Testlichts in einer Pupillenebene eines optischen Systems, das für das Beleuchten des Testobjekts
verwendet wird, enthalten.
[0020] Die gemeinsame Quelle kann monochromatisch sein. Beispielsweise kann die gemeinsame Quelle
eine Zentralwellenlänge und eine Spektralbandbreite von weniger als 2% der Zentralwellenlänge aufweisen.
[0021] Das gleichzeitige Variieren der optischen Weglängendifferenz für jeden der Winkel kann beinhalten,
das Testobjekt relativ zu einem Objektiv zu bewegen, das dazu dient, das von dem Prüfstück ausgehende
Testlicht einzufangen.
[0022] Das gleichzeitige Variieren der optischen Weglängendifferenz für jeden der Winkel kann beinhalten,
einen Referenzspiegel, der dazu dient, das Referenzlicht zu reflektieren, relativ zu einem Objektiv zu bewegen,
das dazu dient, das Referenzlicht auf den Referenzspiegel zu fokussieren.
[0023] Das gleichzeitige Variieren der optischen Weglängendifferenz für jeden der Winkel kann beinhalten,
einen Strahlenteiler zu bewegen, der in einem Mirau-Interferenzobjektiv angeordnet ist.
[0024] Das gleichzeitige Variieren der optischen Weglängendifferenz für jeden der Winkel kann eine räumliche
Kohärenzlänge definieren, und die optische Weglängendifferenz für wenigstens einen der Winkel kann über
einen Bereich variiert werden, der größer als die räumliche Kohärenzlänge ist.
[0025] Das Bestimmen der Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft kann Folgendes beinhalten: Messen eines Interferenzsignals von dem Detektor, wenn die optische Weglängendifferenz gleichzeitig für jeden
der Winkel variiert wird; und Umwandeln des Interferenzsignals bezüglich einer Koordinate, die der optischen
Weglängendifferenz für jeden der Winkel linear proportional ist, um ein umgewandeltes Signal zu erzeugen,
das von einer konjugierten Variable für die Koordinate abhängt. Die konjugierte Variable kann beispielsweise
die Raumfrequenz sein.
[0026] Die konjugierte Variable kann ein direktes Abbilden des Testlichts, das auf das Testobjekt auftrifft oder
vom Testobjekt ausgeht, ermöglichen. Wenn beispielsweise die konjugierte Variable die Raumfrequenz K ist,
so kann das direkte Abbilden zwischen der Raumfrequenz und dem Winkel ϕ durch K(ϕ) ∝ cos(ϕ)/λ gegeben
sein, wobei λ die Wellenlänge des Testlichts ist. Wenn beispielsweise das ausgesandte Licht vom Prüfstück
reflektiert wird, so kann das direkte Abbilden zwischen der Raumfrequenz und dem Winkel durch K(ϕ) = 4πcos
(ϕ)/λ gegeben sein.
[0027] Das umgewandelte Signal kann ein direktes Abbilden der Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft ermöglichen. Beispielsweise kann die Umwandlung einer Fourier-Transformation entsprechen.
[0028] Die optische Eigenschaft kann mit dem komplexen Reflexionsvermögen des Testobjekts in Beziehung
stehen. Beispielsweise kann die optische Eigenschaft mit dem Betrag des komplexen Reflexionsvermögens
des Testobjekts in Beziehung stehen. Die optische Eigenschaft kann auch mit der Phase des komplexen Reflexionsvermögens des Testobjekts in Beziehung stehen.
[0029] Die Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft kann anhand der Interferenz zwischen dem Testund dem Referenzlicht, wenn die optische Weglängendifferenz für jeden der Winkel variiert wird, und anhand
vorkalibrierter winkelabhängiger Charakteristika eines optischen Systems, das für das Abbilden verwendet
wird, bestimmt werden.
[0030] Das Verfahren kann des Weiteren das Bestimmen eines Oberflächenhöhenprofils des Testobjekts anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht, wenn die optische Weglängendifferenz variiert wird, enthalten.
[0031] Das Verfahren kann des Weiteren das Vergleichen der winkelabhängigen Veränderungen der optischen Eigenschaft, die anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht bestimmt wurden,
mit denen eines Modells für das Testobjekt enthalten. Beispielsweise kann das Testobjekt wenigstens einen
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Dünnfilm auf einem Trägermaterial enthalten, und das Verfahren kann des Weiteren das Bestimmen einer
Dicke des Dünnfilms anhand des Vergleichs beinhalten.
[0032] Bei einer solchen Ausführungsform enthält die optische Eigenschaft dem Betrag der Winkelabhängigkeit des komplexen Reflexionsvermögens des Prüfstücks, und die Bestimmung der Dicke des Dünnfilms basiert auf dem Vergleich des Betrags der Winkelabhängigkeit des komplexen Reflexionsvermögens mit dem des
Modells. Des Weiteren kann die Ausführungsform das Bestimmen eines Oberflächenhöhenprofils für das Testobjekt anhand des Vergleichs enthalten. Beispielsweise kann die optische Eigenschaft des Weiteren die Phase
der Winkelabhängigkeit des komplexen Reflexionsvermögens des Prüfstücks enthalten, und die Bestimmung
des Oberflächenhöhenprofils basiert auf der ermittelten Dicke des Dünnfilms und dem Vergleichen der Phase
der Winkelabhängigkeit des komplexen Reflexionsvermögens mit der des Modells für die ermittelte Dicke.
[0033] Und schließlich können das Test- und das Referenzlicht eine erste Wellenlänge aufweisen, und das
Verfahren kann des Weiteren das Wiederholen des Abbildens, des Variierens und des Bestimmens für das
Test- und das Referenzlicht mit einer zweiten Wellenlänge beinhalten, die sich von der ersten Wellenlänge
unterscheidet.
[0034] Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung allgemein ein Verfahren bereit, welches das Bestimmen einer Winkelabhängigkeit einer optischen Eigenschaft eines Testobjekts anhand von Abtastinterferometriedaten für das Testobjekt beinhaltet.
[0035] Dieses Verfahren kann des Weiteren eines oder mehrere Merkmale beinhalten, die oben im Zusammenhang mit dem ersten Verfahren beschrieben wurden.
[0036] Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung allgemein ein Verfahren bereit, das Folgendes beinhaltet: Abbilden von Testlicht, das von einem Testobjekt über eine Reihe von Winkeln ausgeht, dergestalt,
dass es mit Referenzlicht interferiert, auf einem Detektor, wobei das Test- und das Referenzlicht von einer
monochromatischen gemeinsamen Quelle stammen und wobei das Testobjekt wenigstens einen Dünnfilm auf
einem Trägermaterial beinhaltet; für jeden der Winkel gleichzeitiges Variieren einer optischen Weglängendifferenz von der Quelle zum Detektor zwischen interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts mit
einer Rate, die von dem Winkel abhängt, mit dem das Testlicht von dem Testobjekt ausgeht; und Bestimmen
einer Dicke des Dünnfilms anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht, während die
optische Weglängendifferenz für jeden der Winkel variiert wird.
[0037] Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung allgemein ein Verfahren bereit, das Folgendes beinhaltet: Bestimmen einer Dicke eines Dünnfilms auf einem Testobjekt, das den Dünnfilm und ein Trägermaterial enthält, welches den Dünnfilm trägt, anhand monochromatischer Abtastinterferometriedaten für das Testobjekt.
[0038] Ausführungsformen des oben beschriebenen dritten und vierten Verfahrens können des Weiteren eines
oder mehrere der Merkmale beinhalten, die oben im Zusammenhang mit dem ersten Verfahren beschrieben
wurden.
[0039] Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung allgemein eine Vorrichtung bereit, die Folgendes
enthält: eine Lichtquelle; einen Detektor; ein Abtastinterferometer, das dafür konfiguriert ist, Testlicht, das von
einem Testobjekt über eine Reihe von Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es mit Referenzlicht interferiert, auf
dem Detektor abzubilden, wobei das Test- und das Referenzlicht von der Lichtquelle stammen, wobei – für
jeden der Winkel – das Abtastinterferometer außerdem so konfiguriert ist, dass es eine optische Weglängendifferenz von der Quelle zum Detektor zwischen interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts
mit einer Rate, die von dem Winkel abhängt, mit dem das Testlicht von dem Testobjekt ausgeht, gleichzeitig
variiert; und einen elektronischen Prozessor, der mit dem Detektor und dem Abtastinterferometer gekoppelt ist,
wobei der elektronische Prozessor so konfiguriert ist, dass er eine Winkelabhängigkeit einer optischen Eigenschaft des Testobjekts anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht bestimmt, während
die optische Weglängendifferenz für jeden der Winkel variiert wird, was durch den Detektor gemessen wird.
[0040] Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung allgemein eine Vorrichtung bereit, die Folgendes
enthält: eine monochromatische Lichtquelle; einen Detektor; ein Abtastinterferometer, das dafür konfiguriert ist,
Testlicht, das von einem Testobjekt über eine Reihe von Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es mit Referenzlicht
interferiert, auf dem Detektor abzubilden, wobei das Test- und das Referenzlicht von der monochromatischen
Lichtquelle stammen, wobei – für jeden der Winkel – das Abtastinterferometer außerdem so konfiguriert ist,
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dass es eine optische Weglängendifferenz von der Quelle zum Detektor zwischen interferierenden Anteilen
des Test- und des Referenzlichts mit einer Rate, die von dem Winkel abhängt, mit dem das Testlicht von
dem Testobjekt ausgeht, gleichzeitig variiert; und einen elektronischen Prozessor, der mit dem Detektor und
dem Abtastinterferometer gekoppelt ist, wobei der elektronische Prozessor so konfiguriert ist, dass er eine
Dicke eines Dünnfilms auf dem Testobjekt anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht
bestimmt, während die optische Weglängendifferenz für jeden der Winkel variiert wird.
[0041] Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung allgemein eine Vorrichtung bereit, die ein Abtastinterferometriesystem und einen elektronischen Prozessor enthält, der mit dem Abtastinterferometriesystem
gekoppelt ist, wobei der elektronische Prozessor so konfiguriert ist, dass er eine Winkelabhängigkeit einer optischen Eigenschaft eines Testobjekts anhand von Abtastinterferometriedaten für das Testobjekt, die von dem
Abtastinterferometriesystem erzeugt wurden, bestimmt.
[0042] Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung allgemein eine Vorrichtung bereit, die ein monochromatisches Abtastinterferometriesystem und einen elektronischen Prozessor enthält, der mit dem Abtastinterferometriesystem gekoppelt ist, wobei der elektronische Prozessor so konfiguriert ist, dass er eine Dicke
eines Dünnfilms auf dem Testobjekt anhand von monochromatischen Abtastinterferometriedaten für das Testobjekt bestimmt.
[0043] Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung allgemein eine Vorrichtung bereit, die Folgendes
enthält: ein Abtastinterferometer, das dafür konfiguriert ist, Testlicht, das von einem Testobjekt über eine Reihe
von Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es mit Referenzlicht interferiert, auf einem Detektor abzubilden, wobei
das Test- und das Referenzlicht von einer gemeinsamen Quelle stammen, wobei das Abtastinterferometer
außerdem so konfiguriert ist, dass es eine optische Weglängendifferenz von der Quelle zum Detektor zwischen
interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts mit einer Rate, die von dem Winkel abhängt, mit
dem das Testlicht von dem Testobjekt ausgeht, für jeden der Winkel gleichzeitig variiert, wobei das Abtastinterferometer eine Objektivlinse, die so angeordnet ist, dass sie das von dem Testobjekt ausgehende Testlicht einfängt, und wenigstens eine Polarisationsoptik enthält, die in einer Pupillenebene des Objektivs angeordnet ist.
[0044] Die wenigstens eine Polarisationsoptik kann beispielsweise eine Polarisation erzeugen, die über die
Pupillenebene hinweg variiert.
[0045] Des Weiteren kann die wenigstens eine Polarisationsoptik ein Polarisationsfilter und wenigstens eine
Wellenplatte enthalten. Die wenigstens eine Polarisationsoptik kann beispielsweise zwei Wellenplatten enthalten, die an verschiedenen Positionen in der Pupillenebene angeordnet sind.
[0046] Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung allgemein eine Vorrichtung bereit, die Folgendes
enthält: ein Abtastinterferometer, das dafür konfiguriert ist, Testlicht, das von einem Testobjekt über eine Reihe
von Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es mit Referenzlicht interferiert, auf einem Detektor abzubilden, wobei
das Test- und das Referenzlicht von einer gemeinsamen Quelle stammen, wobei das Abtastinterferometer
außerdem so konfiguriert ist, dass es eine optische Weglängendifferenz von der Quelle zum Detektor zwischen
interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts mit einer Rate, die von dem Winkel abhängt, mit dem
das Testlicht von dem Testobjekt ausgeht, für jeden der Winkel gleichzeitig variiert, wobei das Interferometer
ein Quellenmodul umfasst, dass dafür konfiguriert ist, das Testobjekt mit im Wesentlichen kollimiertem Licht
zu beleuchten. Die Vorrichtung kann beispielsweise des Weiteren die gemeinsame Quelle enthalten, und die
gemeinsame Quelle kann eine monochromatische Quelle sein.
[0047] Des Weiteren können Ausführungsformen von einer oder mehreren der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtungen eines oder mehrere der entsprechenden Merkmale enthalten, die oben im Zusammenhang mit dem ersten Verfahren beschrieben wurden. Sofern nicht anders definiert, haben alle technischen und wissenschaftlichen Begriffe, die im vorliegenden Text verwendet werden, die Bedeutung, in der ein
Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet sie gemeinhin versteht. Alle Publikationen, Patentanmeldungen,
Patente und sonstigen Verweisquellen, die im vorliegenden Text erwähnt werden, werden in ihrem vollen Umfang durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen. Im Fall sich widersprechender Aussagen
hat die vorliegende Spezifikation, einschließlich der Definitionen, Vorrang.
[0048] Weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Detaillierten Beschreibung hervor.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0049] Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung eines Abtastinterferometriesystems vom Linnik-Typ.
[0050] Fig. 2 ist ein Schaubild, das die Beleuchtung des Prüfstücks durch eine Objektivlinse zeigt.
[0051] Fig. 3 ist ein Schaubild einer Dünnfilmstruktur.
[0052] Fig. 4 ist ein simuliertes Interferenzmuster I(ζ, h) für die in Fig. 3 gezeigte Struktur, die aus 1,8 μm SiO2
auf Si aufgebaut ist, unter Verwendung von monochromatischem Licht von 550 nm und eines Linnik-Objektivs
mit einer NA von 0,9. Es ist zu beachten, dass die Interferenzsignale von beiden Oberflächen miteinander
vermischt werden.
[0053] Fig. 5 ist ein simuliertes Interferenzmuster I(ζ, h) für ein einfaches SiO2-Prüfstück mit einer einzelnen
Oberfläche (d. h. keine Dünnfilme) zum Vergleich mit Fig. 4.
[0054] Fig. 6 ist ein Kurvendiagramm, das den Betrag Q(ϕ, h) der Fourier-Transformierten des Signals von
Fig. 4 zeigt, das durch vertikales Abtasten der Dünnfilmstruktur von Fig. 3 erzeugt wurde. Die Raumfrequenz
bezieht sich auf den Einfallswinkel gemäß Gleichung (4).
[0055] Fig. 7 ist ein Kurvendiagramm, das den Betrag Q(ϕ, h) der Fourier-Transformierten des Signals von
Fig. 5 für das Prüfstück mit der einzelnen Oberfläche zeigt. Der zunehmende Betrag bei niedrigeren Raumfrequenzen ist das Ergebnis eines zunehmenden Reflexionsvermögens bei flachen Einfallswinkeln.
[0056] Fig. 8 ist ein Kurvendiagramm, welches das erwartete Resultat von P(ϕ)V0(ϕ)√Z(ϕ) für die Dünnfilmstruktur mit SiO2 auf Si von Fig. 3 für drei Filmdicken in Inkrementen von 0,02 μm vergleicht (siehe Gleichung
(9)).
[0057] Fig. 9 ist ein Kurvendiagramm der Phase αQ(ϕ, h) als Funktion der Raumfrequenz für das Signal von
Fig. 4, das durch vertikales Abtasten der Dünnfilmstruktur von Fig. 3 erzeugt wurde. Die Raumfrequenz bezieht
sich auf den Einfallswinkel gemäß Gleichung (4). Es ist nicht nur das Gefälle der Phase zu beachten, sondern
auch die ausgeprägte Nichtlinearität im Vergleich zu der einfacheren Einzeloberflächenreflexion von Fig. 10.
[0058] Fig. 10 ist ein Kurvendiagramm der Phase αQ(ϕ, h) als Funktion der Raumfrequenz für das Signal von
Fig. 5 für das Einzeloberflächenmuster zum Vergleich mit Fig. 9.
[0059] Fig. 11 ist eine schematische Zeichnung eines Abtastinterferometriesystems vom Mirau-Typ.
[0060] Fig. 12 ist ein Schaubild, das die radiale Polarisation in der Pupillenebene veranschaulicht.
[0061] Gleiche Bezugszahlen bedeuten in den einzelnen Zeichnungen gleiche Elemente.
Detaillierte Beschreibung
[0062] Fig. 1 zeigt ein Abtastinterferometer vom Linnik-Typ. Beleuchtungslicht 102 von einer (nicht gezeigten) Quelle wird teilweise durch einen Strahlenteiler 104 durchgelassen, wodurch das Referenzlicht 106 gebildet wird, und wird teilweise durch den Strahlenteiler 104 reflektiert, wodurch das Messlicht 108 gebildet wird.
Das Messlicht wird durch ein Messobjektiv 110 auf ein Prüfstück 112 (beispielsweise ein Prüfstück, das einen
Einzel- oder Mehrschichtdünnfilm aus einem oder mehreren ungleichen Materialien umfasst) fokussiert. Gleichermaßen wird das Referenzlicht durch ein Referenzobjektiv 114 auf einen Referenzspiegel 116 fokussiert.
Das Mess- und das Referenzobjektiv besitzen vorzugsweise gleiche optische Eigenschaften (beispielsweise
aufeinander abgestimmte numerische Aperturen). Messlicht, das vom Prüfstück 112 reflektiert (oder gestreut
oder gebeugt) wird, breitet sich durch das Messobjektiv 110 zurück aus, wird vom Strahlenteiler 104 durchgelassen und durch die Abbildungslinse 118 auf einem Detektor 120 abgebildet. In ähnlicher Weise breitet sich
Referenzlicht, das vom Referenzspiegel 116 reflektiert wird, durch das Referenzobjektiv 114 zurück aus, wird
durch den Strahlenteiler 104 reflektiert und durch die Abbildungslinse 118 auf einem Detektor 120 abgebildet,
wo es mit dem Messlicht interferiert.
[0063] Aus Gründen der Einfachheit zeigt Fig. 1, wie das Mess- und das Referenzlicht auf bestimmte Punkte
auf dem Prüfstück bzw. auf dem Referenzspiegel fokussiert werden und anschließend auf einem entsprechen-
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den Punkt auf dem Detektor interferieren. Dieses Licht entspricht jenen Anteilen des Beleuchtungslichts, die
sich senkrecht zu den Pupillenebenen für den Mess- und den Referenzabschnitt des Interferometers ausbreiten. Andere Anteile des Beleuchtungslichts beleuchten schließlich andere Punkte auf dem Prüfstück und dem
Referenzspiegel, die dann auf entsprechenden Punkten auf dem Detektor abgebildet werden. In Fig. 1 wird
dies durch die Strichlinien 122 veranschaulicht, die den Hauptstrahlen entsprechen, die von verschiedenen
Punkten auf dem Prüfstück ausgehen, die auf entsprechenden Punkten auf dem Detektor abgebildet werden.
Die Hauptstrahlen schneiden sich in der Mitte der Pupillenebene 124 des Messabschnitts, wobei es sich um
die hintere Brennebene des Messobjektivs 110 handelt. Licht, das von dem Prüfstück in einem anderen Winkel
als dem Winkel der Hauptstrahlen ausgeht, überschneidet sich an einer anderen Stelle der Pupillenebene 124.
[0064] Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der Detektor 120 eine Mehrelementkamera (d. h. eine Mehrpixelkamera) zum unabhängigen Messen der Interferenz zwischen dem Mess- und dem Referenzlicht, das
verschiedenen Punkten auf dem Prüfstück und dem Referenzspiegel entspricht (d. h. zum Erzeugen einer
räumlichen Auflösung für das Interferenzmuster).
[0065] Ein Abtasttisch 126, der mit dem Prüfstück 112 verbunden ist, tastet die Position des Prüfstücks relativ
zum Messobjektiv 110 ab, was in Fig. 1 durch die Abtastkoordinate ζ bezeichnet ist. Der Abtasttisch kann
beispielsweise auf einem piezoelektrischen Wandler (piezoelectric transducer, PZT) basieren. Der Detektor
120 misst die Intensität der optischen Interferenz an einem oder mehreren Pixeln des Detektors, während
die relative Position des Prüfstücks abgetastet wird, und sendet dieses Informationen zur Analyse an einen
Computer 128.
[0066] Weil das Abtasten in einer Region erfolgt, wo das Messlicht auf das Prüfstück fokussiert wird, variiert
der Abtastvorgang die optische Weglänge des Messlichts von der Quelle zum Detektor unterschiedlich je nach
dem Winkel des Messlichts, das auf das Prüfstück fällt oder von dem Prüfstück ausgeht. Infolge dessen wird
die optische Wegdifferenz (OPD) von der Quelle zum Detektor zwischen interferierenden Anteilen des Messund des Referenzlichts je nach dem Winkel des Messlichts, das auf das Prüfstück fällt oder von dem Prüfstück
ausgeht, unterschiedlich mit der Abtastkoordinate ζ skaliert. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung
kann das gleiche Ergebnis erreicht werden, indem man die Position des Referenzspiegels 116 relativ zum
Referenzobjektiv 114 abtastet (anstatt das Prüfstück 112 relativ zum Messobjektiv 110 abzutasten).
[0067] Dieser Unterschied in der Art und Weise, wie die OPD mit der Abtastkoordinate ζ variiert, bringt eine
begrenzte Kohärenzlänge in dem Interferenzsignal mit sich, das an jedem Pixel des Detektors gemessen wird.
Beispielsweise wird das Interferenzsignal (als eine Funktion der Abtastkoordinate) in der Regel durch eine
Einhüllende moduliert, die eine räumliche Kohärenzlänge in der Größenordnung von λ/2(NA)2 aufweist, wobei
λ die Nennwellenlänge des Beleuchtungslichts und NA die numerische Apertur des Mess- und des Referenzobjektivs ist. Wie weiter unten noch beschrieben wird, erbringt die Modulation des Interferenzsignals winkelabhängige Informationen über das Reflexionsvermögen des Prüfstücks. Um die begrenzte räumliche Kohärenz
zu vergrößern, bilden die Objektive in dem Abtastinterferometer vorzugsweise eine große numerische Apertur,
beispielsweise größer als 0,7 (oder besonders bevorzugt größer als 0,9).
[0068] Das Interferenzsignal kann durch eine begrenzte zeitliche Kohärenzlänge, die zu der spektralen Bandbreite der Beleuchtungsquelle in Beziehung steht, weiter moduliert werden. Für die Zwecke der vorliegenden
Beschreibung wird jedoch angenommen, dass die Beleuchtungsquelle nominal monochromatisch ist und dass
jegliche Beschränkung der zeitlichen Kohärenz im Vergleich zu der begrenzten räumlichen Kohärenz gering
ist. Die Beleuchtungsquelle kann beispielsweise eine Bandbreite aufweisen, die weniger als etwa 2% ihrer
Zentralwellenlänge beträgt.
[0069] Bezugnehmend auf das Linnik-Interferometer in Fig. 1 beleuchtet und betrachtet das Messobjektiv 110
die Oberfläche des Prüfstücks über einen Bereich von Einfallswinkeln ϕ. Der Interferenzeffekt wird nun mathematisch mittels eines vereinfachten Modells berechnet, wobei eine monochromatische Beleuchtung angenommen wird. Danach wird erklärt, wie die optischen Eigenschaften der Prüfoberfläche durch mathematische
Zerlegung des Interferenzmusters in seine winkelabhängigen Beiträge festgestellt werden.
[0070] Das komplexe Amplitudenreflexionsvermögen der Oberfläche des Prüfstücks ist z(ϕ), und das entsprechende Intensitätsreflexionsvermögen Z(ϕ) ist:
Z(ϕ) = |z(ϕ)|2.
(1)
[0071] Die Phasenänderung bei Reflexion (Phase Change On Reflection, PCOR) für die Prüfoberfläche ist:
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αZ(ϕ) = arg[z(ϕ)]
(2),
wobei ”arg” in Gleichung (2) die Phase des komplexen Amplitudenreflexionsvermögens als Rückgabewert
liefert.
[0072] Bei einem vereinfachten skalaren (nicht-polarisierten) Modell, wo man die Interferenzeffekte für jeden
Einfallswinkel separat betrachtet, ist das Interferenzmuster für einen einzelnen Prüfstückpunkt oder ein einzelnes Kamerapixel proportional zu:
g(ϕ, ζ, h) = R0(ϕ) + Z(ϕ) + V0(ϕ)√Z(ϕ)cos[(h – ζ)K(ϕ) + α0(ϕ) + αZ(ϕ)
(3)
wobei ζ die Abtastposition (durch den PZM bewegt) und h das Höhenprofil der Prüfoberfläche ist. Die Parameter R0(ϕ), V0(ϕ) und α0(ϕ) sind DC-Größen-, Kontrast- und Phasenwertcharakteristika der Interferometeroptik,
einschließlich des Referenzspiegels 116, die vom Prüfstück 112 unabhängig sind. Wie weiter unten noch beschrieben wird, bestimmt ein Kalibrierungsverfahren diese Parameter unter Verwendung eines bekannten Artefakts von bekannten optischen Eigenschaften. Die Parameter R0(ϕ), V0(ϕ) und α0(ϕ) können je nach Bedarf
eine Feldabhängigkeit enthalten, um die optischen Eigenschaften des Instruments zu berücksichtigen.
[0073] Die Raumfrequenz K(ϕ) des Interferenzeffekts nimmt als Funktion des Winkels (ϕ) gemäß folgender
Gleichung ab:
K(ϕ) =
cos(ϕ),
(4)
wobei λ die Beleuchtungswellenlänge ist und wobei angenommen wird, dass das Messlicht vom Prüfstück
reflektiert wird (d. h. Messlicht strahlt vom Prüfstück in einem Winkel ab, der so groß ist wie der Winkel, mit
dem es auf das Prüfstück auftraf). Gleichung (4) basiert auf dem Fakt, dass das Abtasten dort erfolgt, wo
das Messlicht (oder Referenzlicht) sich über eine Reihe von Winkeln ausbreitet, wodurch die OPD zwischen
interferierenden Anteilen des Mess- und des Referenzlichts je nach dem Winkel des Messlichts, das auf das
Prüfstück fällt, unterschiedlich mit der Abtastkoordinate ζ skaliert wird. Infolge dessen beschreibt Gleichung (4)
eine eindeutige Beziehung zwischen der Raumfrequenz in dem Interferenzsignal und dem Einfallswinkel.
[0074] Unter der Annahme, dass das Quellenlicht an der Pupille räumlich vollkommen inkohärent und monochromatisch ist, ist der Endeffekt aller winkelabhängigen Beiträge des Interferenzphänomens durch das folgende inkohärente Superpositionsintegral gegeben:
wobei ϕMAX = arcsin(NA), und die Gewichtungsfunktion
Pϕ = sin(ϕ)cos(ϕ)
(6),
die in den folgenden Beispielen verwendet wird, ist für eine Pupille anwendbar, die gleichmäßig mit Licht beleuchtet wird, was aus dem Studium des Schaubildes von Fig. 2 hervorgeht (wo der Winkel nicht mit ϕ, sondern
mit ψ bezeichnet ist).
[0075] Für jedes Pixel messen die elektronische Kamera und die Computersteuerung das Interferenzmuster
I(ζ, h) über einen Bereich von Abtastpositionen ζ. Die Höhe h und das effektive Reflexionsvermögen z(ϕ)
variieren über das Feld hinweg und können für jedes Pixel verschieden sein.
[0076] Die spezifische Beziehung zwischen der Raumfrequenz und dem Einfallswinkel ist ein Mittel zur Feststellung der einzelnen Beiträge g(ϕ, ζ, h) zum Interferenzmuster I(ζ, h). Der erste Schritt besteht in der Zerlegung des kompletten Interferenzmusters beispielsweise durch Fourier-Transformation:
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[0077] Das praktische Erfordernis einer begrenzten Abtastung trunkiert die Integration über alle ζ in Gleichung
(7) auf einen begrenzten Wertebereich, der so viel von dem Interferenzsignal enthält, wie für genaue Ergebnisse nötig ist. Es kann auch jede andere Transformation verwendet werden, die das Interferenzmuster in
ähnlicher Weise zerlegt. Die Transformation in eine Raumfrequenzdomäne wird allgemein als Frequenzdomänenanalyse (FDA) bezeichnet.
[0078] Die Zerlegung q[K(ϕ), h] kann folgendermaßen interpretiert werden. Die Raumfrequenz-Null- oder DCTerme sind als Funktion des Winkels ϕ nicht abtrennbar, so dass:
[0079] Für alle anderen Raumfrequenzkomponenten mit einer Raumperiode, die viel kleiner ist als der tatsächlich mögliche Bereich in der Integration, ist der Betrag von q[K(φ), h]:
Q(ϕ, h) = |q[K(ϕ), h]| = P(ϕ)V0(ϕ)√Z(ϕ)
(9),
und die komplexe Phase ist:
αQ(ϕ, h) = arg{q[K(ϕ), h]} = hK(ϕ) + α0(ϕ) + αZ(ϕ).
(10)
[0080] Bei einer Ausführungsform der Erfindung wurden die Charakteristika des optischen Systems α0(ϕ), P
(ϕ), V0(ϕ) durch vorherige Kalibrierung ermittelt, beispielsweise mittels einer Probe eines bekannten Artefakts,
wie es im Begleittext zu Gleichung (3) angemerkt wurde. Beispielsweise kann die Messung mittels eines Prüfstücks vorgenommen werden, das eine bekannte Oberflächenhöhe und ein bekanntes Reflexionsvermögen
aufweist, so dass die Charakteristika des optischen Systems aus den Gleichungen (9) und (10) hergeleitet
werden können. Wenn die Charakteristika des optischen Systems zuvor ermittelt wurden, so geben die Gleichungen (9) und (10) Informationen zur Oberflächenhöhe h und zu den beiden optischen Eigenschaften Z
(ϕ) und αz(ϕ) der Oberfläche über den Bereich von Einfallswinkeln ϕ. Die optischen Eigenschaften Z(ϕ) und
αz(ϕ) sind selbst oft durch fundamentale Prinzipien, wie beispielsweise die bekannten optischen Eigenschaften
von Materialien und Dünnfilmen, mit spezifischen Oberflächenparametern wie beispielsweise der Filmdicke
verknüpft. Darum können diese Parameter, zusammen mit der Oberflächenhöhe, so eingestellt werden, dass
sie am besten zur Messphase αQ(ϕ, h) und zum Betrag Q(ϕ, h) von q[K(ϕ), h] passen.
[0081] Als Beispiel betrachten wir die Dünnfilmstruktur von Fig. 3. Das effektive Reflexionsvermögen dieser
Struktur ist gegeben durch:
z(ϕ) =
(11)
wobei r1(ϕ) und r2(ϕ') das Reflexionsvermögen der Oberseite bzw. der Unterseite sind und ϕ' der Einfallswinkel
auf der Unterseite ist, der aus ϕ und anhand des Snelliusschen Brechungsgesetzes errechnet wurde. Die
Dünnfilm-Gleichung (11) erzeugt prägnante Interferenzeffekte mit einer starken Abhängigkeit von K(ϕ).
[0082] Als quantitative Veranschaulichung dieses Beispiels sei ein Siliziumdioxidfilm von 1,8 μm (SiO2; Index
n1 = 1,46) auf Silizium (Si; Index n2 = 3,96 + 0,031) bei einer Beleuchtungswellenlänge von 550 nm betrachtet.
Das effektive Reflexionsvermögen z(ϕ) folgt aus Gleichung (11) und den Fresnel-Gleichungen für die Reflexionsgrade der Genzflächen. Eine Abtastung dieser Probenoberfläche bezüglich des Interferenzobjektivs erzeugt ein Signal wie beispielsweise in Fig. 4. Zum Vergleich zeigt Fig. 5 ein simuliertes Interferenzmuster I
(ζ, h) für ein einfaches SiO2-Prüfstück mit einer einzigen Oberfläche (d. h. eines dicken Prüfstücks aus SiO2
ohne Dünnfilmschicht).
[0083] Nach der Datenerfassung wandelt der Computer Signale, ähnlich denen von Fig. 4, für jeden Bildpunkt
in die Frequenzdomäne um. Die Signale und Transformierten können sich aufgrund von Feldabweichungen
in der Oberflächentopografie, den Parametern des optischen Systems und der Filmdicke von Pixel zu Pixel
unterscheiden. Fig. 6 zeigt den Betrag (in diesem Fall die Amplitude) jedes einzelnen Raumfrequenzbeitrags
zu dem Signal in Fig. 4. Dieses Ergebnis zeigt überaus prägnante Merkmale, wenn man es mit dem in Fig. 7
gezeigten Frequenzdomänenbetrag vergleicht, die durch eine einfache Einzeloberflächenstruktur erzeugt wurde, welche das in Fig. 5 gezeigte Interferenzsignal aufweist.
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[0084] Ein Vergleich von Fig. 6 mit Fig. 7, beispielsweise unter Verwendung von Fig. 7 als Kalibrierung,
erbringt eine unzweideutige Feststellung des Vorhandenseins eines Dünnfilms. Wenn man des Weiteren Fig. 6
mit der theoretischen Erwartung auf der Basis des effektiven Reflexionsvermögens des Prüfstücks vergleicht,
so kann der Computer beispielsweise die Dicke des Films ermitteln, wobei von den bekannten Eigenschaften
von SiO2 und Si ausgegangen wird. Dies wird durch Fig. 8 veranschaulicht, wo die erwarteten Ergebnisse
dreier unterschiedlicher Filme verglichen werden, von denen nur ein einziger (der mit 1,80 μm) gut zu den
Fourier-transformierten Interferenzdaten von Fig. 6 passt.
[0085] Eine ähnliche Analyse ist auch für die Phase der Fourier-Transformierten nützlich. Fig. 9 und Fig. 10
zeigen den Unterschied zwischen einer Dünnfilmstruktur und einem einfachen homogenen Prüfstück mit einer
einzelnen Oberfläche. Die in Fig. 9 erkennbare Nichtlinearität ist eine klare Signatur eines Dünnfilmeffekts.
Auch hier erbringt der Vergleich zwischen Messung und Theorie wichtige Filmdickeninformationen auf der
Basis von Gleichung (10). Des Weiteren kann man unter Verwendung der aus den Amplitudeninformationen
abgeleiteten Dickeninformationen αz(ϕ) aus Gleichung (11) bestimmen und es in Gleichung (10) verwenden,
um die Oberflächenhöhenvariation h unter den verschiedenen Pixeln zu extrahieren.
[0086] Bei anderen Ausführungsformen kann ein anderes Interferometriesystem als das von Fig. 1 verwendet
werden, um die Abtastinterferometriedaten I(ζ, h) an jedem Pixel der Kamera zu erzeugen. Beispielsweise
kann das Interferometriesystem ein Interferometer vom Mirau-Typ, wie in Fig. 11 gezeigt, sein.
[0087] Bezugnehmend auf Fig. 11 gibt ein Quellenmodul 205 Beleuchtungslicht 206 an einen Strahlenteiler
208 ab, der es zu einer interferometrischen Objektivbaugruppe 210 vom Mirau-Typ leitet. Die Baugruppe 210
enthält eine Objektivlinse 211, eine Referenzplanplatte 212, die auf einem kleinen mittigen Abschnitt mit einer
Reflexionsbeschichtung versehen ist, welche einen Referenzspiegel 215 definiert, und einen Strahlenteiler
213.
[0088] Während des Betriebes fokussiert die Objektivlinse 211 das Beleuchtungslicht durch die Referenzplanplatte 212 hindurch in Richtung eines Prüfstücks 220. Der Strahlenteiler 213 reflektiert einen ersten Anteil des
fokussierten Lichts zum Referenzspiegel 215, wodurch das Referenzlicht 222 gebildet wird, und lässt einen
zweiten Anteil des fokussierten Lichts zum Prüfstück 220 durch, wodurch das Messlicht 224 gebildet wird.
Dann rekombiniert der Strahlenteiler 213 das vom Prüfstück 220 reflektierte (oder abgestreute) Messlicht mit
dem vom Referenzspiegel 215 reflektierten Referenzlicht, und das Objektiv 211 und die Abbildungslinse 230
bilden das kombinierte Licht so ab, dass es auf dem Detektor (beispielsweise einer Mehrpixelkamera) 240
interferiert. Wie bei dem System von Fig. 1 werden das oder die Messsignale vom Detektor zu einem (nicht
gezeigten) Computer gesandt.
[0089] Für das Abtasten in der Ausführungsform von Fig. 11 wird ein piezoelektrischer Wandler (PZT) 260
verwendet, der mit einer interferometrischen Objektivbaugruppe 210 vom Mirau-Typ gekoppelt ist und so konfiguriert ist, dass er die Baugruppe 210 als Ganzes relativ zum Prüfstück 220 entlang der optischen Achse des
Objektivs 211 abtastet, um so die Abtastinterferometriedaten I(ζ, h) an jedem Pixel der Kamera zu erzeugen.
Der PZT kann alternativ auch an das Prüfstück anstatt an die Baugruppe 210 gekoppelt sein, um die Relativbewegung zwischen beiden zu erzeugen, wie durch die PZT-Bewegungsvorrichtung 270 angedeutet. In weiteren Ausführungsformen kann das Abtasten in der Weise erfolgen, dass man den Referenzspiegel 215 und/
oder den Strahlenteiler 213 relativ zum Objektiv 211 entlang der optischen Achse des Objektivs 211 bewegt.
[0090] Das Quellenmodul 205 enthält eine räumlich ausgedehnte Quelle 201, ein durch die Linsen 202 und
203 gebildetes Teleskop und eine Blende 204, die in der vorderen Brennebene der Linse 202 (die mit der
hinteren Brennebene der Linse 203 übereinstimmt) angeordnet ist. Diese Anordnung bildet die räumlich ausgedehnte Quelle auf der Pupillenebene 245 der interferometrischen Objektivbaugruppe 210 vom Mirau-Typ
ab, was ein Beispiel für eine Köhlersche Abbildung ist. Die Größe der Blende steuert die Größe des Beleuchtungsfeldes auf dem Prüfstück 220. Bei anderen Ausführungsformen kann das Quellenmodul eine Anordnung
enthalten, bei der eine räumlich ausgedehnte Quelle direkt auf dem Prüfstück abgebildet wird, was man auch
kritische Abbildung nennt. Jeder dieser Quellenmodultypen kann in Verbindung mit dem in Fig. 1 gezeigten
Abtastinterferometriesystem vom Linnik-Typ verwendet werden.
[0091] Bei weiteren Ausführungsformen kann das Abtastinterferometer vom Michelson-Typ sein.
[0092] Bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann das Abtastinterferometriesystem dazu verwendet werden, winkelabhängige Abstreuungs- oder Beugungsinformationen über ein Prüfstück zu gewinnen, beispielsweise für eine Streulichtanalyse (Scatterometry). Das Abtastinterferometriesystem kann beispielsweise
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dafür verwendet werden, ein Prüfstück mit Testlicht zu beleuchten, das nur über einen sehr schmalen Einfallswinkelbereich einfällt (beispielsweise im Wesentlichen senkrecht, oder auf sonstige Weise kollimiert) und
das dann vom Prüfstück abgestreut oder gebeugt werden kann. Das vom Prüfstück ausgehende Licht wird
dergestalt auf einer Kamera abgebildet, dass es mit Referenzlicht interferiert, wie oben beschrieben. Wie im
Fall des reflektierten Lichts in den oben beschriebenen Ausführungsformen variiert die Raumfrequenz jeder
Komponente in dem Abtastinterferometriesignal mit dem Winkel des Testlichts, das vom Prüfstück ausgeht.
Bei im Wesentlichen senkrechtem Lichteinfall variiert die Raumfrequenz gemäß folgender Gleichung:
K(ϕ) =
cos(ϕ)
(12),
die sich – aufgrund des senkrechten Lichteinfalls – von Gleichung (4) um den Faktor 2 unterscheidet. Die übrigen Teile der mathematischen Analyse bleiben jedoch unverändert, und die Abtastinterferometriedaten I(ζ,
h) von einem abstreuenden oder beugenden Prüfstück können gemäß den Gleichungen (7) bis (10) analysiert
werden, um die winkelabhängigen Streuungs- oder Beugungskoeffizienten für Phase und Amplitude des Prüfstücks zu erhalten. Eine vertikale Abtastung (d. h. eine Abtastung entlang der optischen Achse eines Objektivs) mit anschließender Fourier-Analyse ermöglicht somit eine Messung von gebeugtem und/oder gestreutem
Licht in Abhängigkeit vom Abstrahlungswinkel, ohne direkt auf die hintere Brennebene des Objektivs zuzugreifen oder sie abzubilden. Des Weiteren kann, wie oben, die Winkelabhängigkeit solcher optischer Eigenschaften lokal über einen Bereich des Prüfstücks auf der Basis der Auflösung des Abbildungssystems und der
Kamerapixelgröße bestimmt werden. Um die im Wesentlichen senkrecht einfallende Beleuchtung zu erhalten,
kann beispielsweise das Quellenmodul so konfiguriert werden, dass eine Punktquelle auf der Pupillenebene
abgebildet wird oder dass auf sonstige Weise der Grad vermindert wird, in dem das Beleuchtungslicht die
numerische Apertur des Messobjektivs ausfüllt. Die Technik der Streulichtanalyse kann zweckmäßig sein, um
diskrete Strukturen in der Prüfoberfläche aufzulösen, wie beispielsweise Gitterlinien, Ränder oder allgemeine
Oberflächenrauigkeit, die Licht auf höhere Winkel beugen und/oder streuen kann.
[0093] Bei den obigen Ausführungsformen wurde davon ausgegangen, dass der Polarisationszustand des
Lichts in der Pupillenebene zufällig ist, d. h. aus ungefähr gleichen Mengen von sowohl s-Polarisationen (orthogonal zur Einfallsebene) als auch p-Polarisationen (orthogonal zur Einfallsebene) besteht. Es sind auch
alternative Polarisationen möglich, beispielsweise eine reine s-Polarisation, wie es beispielsweise mittels eines radialen Polarisationsfilters, das in die Pupillenebene eingesetzt wird (beispielsweise in die hintere Brennebene des Messobjekts im Fall eines Linnik-Interferometers und in die hintere Brennebene des gemeinsamen Objektivs im Mirau-Interferometer), realisiert werden kann. Eine solche radiale Polarisation ist in Fig. 12
veranschaulicht. Weitere mögliche Polarisationen sind beispielsweise die radiale p-Polarisation, die zirkulare
Polarisation und die modulierte (beispielsweise zwei Zustände, wobei einer auf den anderen folgt) Polarisation
für Ellipsometriemessungen. Oder anders ausgedrückt: Optische Eigenschaften des Prüfstücks können nicht
nur bezüglich ihrer Winkelabhängigkeit, sondern auch bezüglich ihrer Polarisationsabhängigkeit oder bezüglich einer gewählten Polarisation bestimmt werden. Solche Informationen können auch verwendet werden, um
die Genauigkeit der Charakterisierung einer Dünnfilmstruktur zu erhöhen.
[0094] Um solche Ellipsometriemessungen vorzunehmen, kann das Abtastinterferometriesystem ein festes
oder ein variables Polarisationsfilter in der Pupillenebene beinhalten. Bezugnehmend auf Fig. 11 weist das
Interferometriesystem vom Mirau-Typ beispielsweise eine Polarisationsoptik 280 in der Pupillenebene auf, um
eine gewünschte Polarisation für ein Licht auszuwählen, das auf das Prüfstück auftrifft und vom Prüfstück ausgeht. Des Weiteren kann die Polarisationsoptik rekonfigurierbar sein, um die gewählte Polarisation zu ändern.
Die Polarisationsoptik kann ein oder mehrere Elemente enthalten, beispielsweise Polarisationsfilter, Wellenplatten, Apodisationsaperturen und/oder Modulationselemente zum Auswählen einer bestimmten Polarisation.
Des Weiteren kann die Polarisationsoptik fest, strukturiert oder rekonfigurierbar sein, um Daten zu erzeugen,
die denen eines Ellipsometers ähneln; beispielsweise eine erste Messung mit einer radial polarisierten Pupille
für eine s-Polarisation, gefolgt von einer radial polarisierten Pupille für eine p-Polarisation. In einem anderen
Beispiel kann man eine apodisierte Pupillenebene mit linear polarisiertem Licht verwenden, beispielsweise
einen Schlitz oder Keil, der in der Pupillenebene so gedreht werden kann, dass jeder gewünschte lineare Polarisationszustand auf das Objekt gelenkt wird, oder einen rekonfigurierbaren Schirm wie beispielsweise eine
Flüssigkristallanzeige.
[0095] Des Weiteren kann die Polarisationsoptik eine variable Polarisation auf der Pupillenebene erzeugen
(beispielsweise durch Einbau mehrerer Polarisationsfilter oder eines Raummodulators). Auf diese Weise kann
man den Polarisationszustand entsprechend der Raumfrequenz ”markieren”, indem man beispielsweise für
hohe Einfallswinkel eine andere Polarisation verwendet als für flache Einfallswinkel.
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[0096] In weiteren Ausführungsformen kann die wählbare Polarisation mit einer Phasenverschiebung als
Funktion der Polarisation kombiniert werden. Beispielsweise kann die Polarisationsoptik ein lineares Polarisationsfilter enthalten, das in der Pupillenebene angeordnet ist, worauf zwei Wellenplatten (beispielsweise Platten für die achte Welle) in gegenüberliegenden Quadranten der Pupillenebene folgen. Die lineare Polarisation führt zu einem vollständigen Bereich an Polarisationswinkeln bezüglich der Einfallsebenen des Objektivs.
Wenn die Wellenplatten so ausgerichtet sind, dass beispielsweise das überwiegend s-polarisierte Licht eine
feste Phasenverschiebung aufweist, so ist sowohl radiales s-polarisiertes als auch p-polarisiertes Licht gleichzeitig vorhanden, aber – beispielsweise um Pi – zueinander phasenverschoben, so dass das Interferometer
praktisch die Differenz zwischen diesen beiden Polarisationszuständen als das Grundsignal erkennt.
[0097] Wie oben beschrieben, gestattet das Anordnen der Polarisationsoptik in der Pupillenebene verschiedene nach Winkeln zerlegte Polarisationsmessungen. In weiteren Ausführungsformen kann die Polarisationsoptik aber auch an anderen Stellen in der Vorrichtung angeordnet sein. Eine lineare Polarisation beispielsweise
kann überall im System erreicht werden.
[0098] In weiteren Ausführungsformen können die oben angesprochenen Reflektometrie-, Streulichtanalyseund Ellipsometrietechniken nacheinander für verschiedene Wellenlängen wiederholt werden, um die Wellenlängenabhängigkeit der interessierenden optischen Eigenschaften des Prüfstücks festzustellen. Derartige Informationen können zur Ausgestaltung komplexerer Oberflächenmodelle verwendet werden.
[0099] Andere Ausführungsformen der Erfindung können Breitbandbeleuchtung beinhalten. Beispielsweise
kann die Beleuchtung eine Breitbandbeleuchtung sein, wie es beispielsweise bei Weißlichtinterferenzmikroskopen üblich ist. Dies vergrößert die Menge an Informationen, die der Computer optimal einem komplexen
Oberflächenmodell zuordnen kann.
[0100] Bei der Lichtquelle für die Abtastinterferometriesysteme kann es sich beispielsweise um einen Laser,
eine Laserdiode, eine Leuchtdiode, eine gefilterte Glühfadenquelle oder eine Lichtbogenlampe handeln.
[0101] Die oben beschriebenen Verfahren und Systeme können sich besonders für Halbleiteranwendungen
als nützlich erweisen.
[0102] Weitere Ausführungsformen der Erfindungen beinhalten die Durchführung einer oder mehrerer der
oben beschriebenen Messtechniken für die nachstehend beschriebenen Halbleiteranwendungen.
[0103] In der Halbleiterindustrie ist es derzeit von großem Interesse, quantitative Messungen der Oberflächentopografie vorzunehmen. Aufgrund der geringen Größe typischer Chipstrukturmerkmale müssen die Instrumente, mit denen diese Messungen durchgeführt werden, in der Regel eine hohe räumliche Auflösung sowohl
parallel als auch senkrecht zur Chipoberfläche aufweisen. Ingenieure und Wissenschaftler verwenden Oberflächentopografiemesssysteme zur Prozesssteuerung und zur Erkennung von Defekten, zu denen es während
der Herstellung kommt, insbesondere im Ergebnis von Prozessen wie beispielsweise Ätzen, Polieren, Reinigen und Strukturieren.
[0104] Damit Prozesssteuerung und Defekterkennung von hohem Nutzen sind, muss ein Oberflächentopografiemesssystem eine laterale Auflösung besitzen, die der lateralen Größe typischer Oberflächenstrukturmerkmale vergleichbar ist, und muss eine vertikale Auflösung besitzen, die der kleinsten zulässigen Oberflächenstufenhöhe vergleichbar ist. In der Regel erfordert dies eine laterale Auflösung von weniger als einem Mikron
und eine vertikale Auflösung von weniger als 1 Nanometer. Ein solches System nimmt außerdem seine Messungen vorzugsweise vor, ohne die Chipoberfläche zu berühren oder auf sonstige Weise potenziell beschädigende Kräfte auf die Chipoberfläche auszuüben, so dass weder die Oberfläche verändert wird noch Defekte
hineingetragen werden. Da allgemein bekannt ist, dass die Auswirkungen vieler Prozesse, die in der Chipherstellung angewendet werden, stark von lokalen Faktoren, wie beispielsweise Strukturdichte und Kantennähe,
abhängen, ist es des Weiteren wichtig, dass ein Oberflächentopografiemesssystem einen hohen Messungsdurchsatz hat und in der Lage ist, dicht über großen Flächen in Regionen, die ein oder viele interessierende
Oberflächenstrukturmerkmale enthalten können, Abtastungen vorzunehmen.
[0105] Die Chiphersteller gehen zunehmend dazu über, elektrische Verbindungen zwischen verschiedenen
Abschnitten auf einem Chip mittels des sogenannten Double Damascene Copper Prozesses herzustellen. Dies
ist ein Beispiel für einen Prozess, der sich effektiv mittels eines geeigneten Oberflächentopografiesystems
charakterisieren lässt. Der Double-Damascene-Copper-Prozess lässt sich in fünf Teile untergliedern: (1) Ablagern eines Zwischenschicht-Dielektrikums (Interlayer Dielectric – ILD), wobei eine Schicht aus einem dielektri-
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schen Material (wie beispielsweise ein Polymer oder Glas) auf der Oberfläche eines Wafers (der eine Mehrzahl
einzelner Chips enthält) abgelagert wird; (2) chemisch-mechanisches Polieren (CMP), wobei die dielektrische
Schicht so poliert wird, dass eine glatte Oberfläche entsteht, die sich für die optische Präzisionslithografie eignet; (3) eine Kombination aus Schritten der lithografischen Strukturierung und der reaktiven Ionenätzung, wobei ein komplexes Netz geschaffen wird, das schmale Gräben, die parallel zur Waferoberfläche verlaufen, und
kleine Durchkontakte, die vom Boden der Gräben zu einer tiefergelegenen (zuvor definierten) elektrisch leitfähigen Schicht verlaufen, umfasst; (4) eine Kombination aus Metallablagerungsschritten, die bewirken, dass die
Gräben und Durchkontakte mit Kupfer überfüllt werden; und (5) eine abschließende chemisch-mechanisches
Polierurig (CMP), wobei das überschüssige Kupfer entfernt wird und ein Netz aus mit Kupfer befüllten Gräben
(und eventuell Durchkontakten), umgeben von dielektrischem Material, zurückbleibt.
[0106] Die Dicke des Kupfers in den Grabenbereichen (d. h. die Grabentiefe) und die Dicke des umgebenden
dielektrischen Materials bewegen sich normalerweise im Bereich von 0,2 bis 0,5 Mikron. Die Breite der resultierenden Gräben kann sich in einem Bereich von 100 bis 100.000 Nanometern bewegen, und die Kupferregionen innerhalb jedes Chips können in einigen Regionen regelmäßige Strukturen bilden, wie beispielsweise Anordnungen aus parallelen Linien, und können in anderen Regionen gar keine erkennbare Struktur aufweisen.
Gleichfalls kann die Oberfläche in einigen Regionen dicht mit Kupferregionen überzogen sein, und in anderen
Regionen können die Kupferregionen spärlich verteilt sein. Es ist wichtig zu verstehen, dass die Polierrate und
damit die nach dem Polieren verbleibende Kupferdicke (und Dicke des Dielektrikums) stark und in komplexer
Weise von den Polierbedingungen (wie beispielsweise dem Polierkissendruck und der Zusammensetzung der
Polierschlämme) sowie von der lokalen konkreten Anordnung (beispielsweise Ausrichtung, Nähe und Gestalt)
der Kupferregionen und der umgebenden Dielektrikum-Regionen abhängen.
[0107] Es ist bekannt, dass diese positionsabhängige Polierrate bei vielen lateralen Längenmaßstäben zu
einer unterschiedlichen Oberflächentopografie führt. Es kann beispielsweise bedeuten, dass Chips, die sich
näher am Rand des Wafers befinden, insgesamt schneller poliert werden als jene, die näher in der Mitte liegen, wodurch Kupferregionen entstehen, die nahe den Rändern dünner als gewünscht und in der Mitte dicker
als gewünscht sind. Die ist ein Beispiel für eine Prozessungleichmäßigkeit im Wafermaßstab – d. h. eine Ungleichmäßigkeit, zu der es in einem Längenmaßstab kommt, der dem Waferdurchmesser vergleichbar ist. Es
ist außerdem bekannt, dass Regionen, die eine hohe Dichte an Kupfergräben aufweisen, mit einer höheren
Rate poliert werden als in der Nähe befindliche Regionen mit geringen Kupferleitungsdichten. Das führt in den
Regionen mit hohen Kupferdichten zu einem Phänomen, das als ”CMP-induzierte Erosion” bekannt ist. Die
ist ein Beispiel für eine Prozessungleichmäßigkeit im Chipmaßstab – d. h. eine Ungleichmäßigkeit, zu der es
in einem Längenmaßstab kommt, der den linearen Abmessungen eines einzelnen Chips vergleichbar ist (und
manchmal auch viel kleiner ist). Zu einer anderen Art von Ungleichmäßigkeit im Chipmaßstab, die als ”Napfbildung” (Dishing) bekannt ist, kommt es innerhalb einzelner kupfergefüllter Grabenregionen (die dazu neigen,
mit einer höheren Rate poliert zu werden als das umgebende dielektrische Material). Bei Gräben, die breiter
sind als einige Mikrons, kann es zu einer schweren Napfbildung kommen, was dazu führt, dass betroffene
Leitungen später einen übermäßig hohen elektrischen Widerstand aufweisen, was den Ausfall eines Chips
zur Folge hat.
[0108] CMP-induzierte Prozessungleichmäßigkeiten im Wafer- und im Chipmaßstab sind naturgemäß schwer
vorherzusagen, und sie können sich im Lauf der Zeit in dem Maße ändern, wie sich die Bedingungen innerhalb
des CMP-Verarbeitungssystems verändern. Um die Prozessbedingungen effektiv zu überwachen und zweckmäßig zu korrigieren, um zu gewährleisten, dass jegliche Ungleichmäßigkeiten innerhalb akzeptabler Grenzen
bleiben, ist es wichtig, dass die Verfahrenstechniker häufige kontaktfreie Oberflächentopografiemessungen an
Chips in großer Zahl und breiter Vielfalt der Messstellen vornehmen. Dies ist unter Verwendung von Ausführungsformen der oben beschriebenen Interferometrietechniken möglich.
[0109] Allgemeiner ausgedrückt, können die oben beschriebenen Interferometrietechniken für jedes der folgenden Oberflächenanalyseprobleme verwendet werden: einfache Dünnfilme; mehrschichtige Dünnfilme;
scharfe Kanten und Oberflächenstrukturmerkmale, die Licht beugen oder auf sonstige Weise komplexe Interferenzeffekte erzeugen; ungeklärte Oberflächenrauigkeit; ungeklärte Oberflächenstrukturmerkmale, beispielsweise eine Furche mit Teilwellenlängenbreite auf einer ansonsten glatten Oberfläche; ungleiche Materialien;
polarisationsabhängige Eigenschaften der Oberfläche; und Ablenkungen, Vibrationen oder Bewegungen der
Oberfläche oder deformierbare Oberflächenstrukturmerkmale, die zu einfallswinkelabhängigen Störungen des
Interferenzphänomens führen. Im Fall einfacher Dünnfilme kann der interessierende variable Parameter die
Filmdicke, der Brechungsindex des Films, der Brechungsindex des Trägermaterials oder eine beliebige Kombination dieser Parameter sein. Im Fall ungleicher Materialien beispielsweise kann die Oberfläche eine Kombination aus Dünnfilm und einem massiven Metall umfassen, und eine Anpassung der winkelabhängigen Ober-
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flächeneigenschaften würde anhand einer Bibliothek theoretischer Vorhersagen vorgenommen werden, was
sich auf beide Oberflächenstrukturtypen erstrecken würde, um automatisch den Film oder das massive Metall
anhand einer Übereinstimmung mit dem entsprechenden Interferenzintensitätssignal zu identifizieren.
[0110] Die oben beschriebenen Computeranalyseverfahren können durch Hardware oder Software oder durch
Hard- und Softwarekombinationen implementiert werden. Die Verfahren können in Computerprogrammen unter Verwendung standardmäßiger Programmierungstechniken implementiert werden, die dem Verfahren und
den Figuren, die hier beschrieben wurden, folgen. Es wird ein Programmcode zur Dateneingabe verwendet, um
die hier beschriebenen Funktionen auszuführen und Ausgabeinformationen zu erzeugen. Die Ausgabeinformationen werden einem oder mehreren Ausgabegeräten wie beispielsweise einem Anzeigemonitor zugeführt.
Jedes Programm kann in einer höheren prozeduralen oder objektorientierten Programmiersprache implementiert werden, um mit einem Computersystem zu kommunizieren. Die Programme können aber gewünschtenfalls auch in einer Assembler- oder Maschinensprache implementiert werden. In jedem dieser Fälle kann die
Sprache eine Compiler- oder Interpretersprache sein. Überdies kann das Programm auch auf dedizierten integrierten Schaltkreisen ablaufen, die für diesen Zweck vorprogrammiert wurden.
[0111] Jedes derartige Computerprogramm wird vorzugsweise auf einem Speichermedium oder einem Speichergerät gespeichert (beispielsweise ROM oder Magnetdiskette), das von einem programmierbaren Allzweckoder Spezialrechner gelesen werden kann, um den Computer zu konfigurieren und zu betreiben, wenn das
Speichermedium oder das Speichergerät von dem Computer gelesen wird, um die hier beschriebenen Prozeduren auszuführen. Das Computerprogramm kann sich während der Programmausführung auch in einem
Cache oder Hauptspeicher befinden. Das Analyseverfahren kann auch als computerlesbares Speichermedium
implementiert werden, das mit einem Computerprogramm konfiguriert wird, wobei das auf diese Weise konfigurierte Speichermedium veranlasst, dass ein Computer in einer spezifischen und zuvor festgelegten Weise
arbeitet, um die hier beschriebenen Funktionen auszuführen.
[0112] Es wurde eine Anzahl von Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Ungeachtet dessen versteht
es sich, dass verschiedene Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen.
Patentansprüche
1. Verfahren, das Folgendes umfasst:
Abbilden von Testlicht, das von einem Testobjekt über eine Reihe von Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es mit
Referenzlicht interferiert, auf einem Detektor, wobei das Test- und das Referenzlicht von einer gemeinsamen
Quelle stammen;
für jeden der Winkel gleichzeitiges Variieren der optischen Weglängendifferenz von der Quelle zum Detektor
zwischen interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts mit einer Rate, die von dem Winkel abhängt, mit dem das Testlicht von dem Testobjekt ausgeht; und
Bestimmen einer Winkelabhängigkeit einer optischen Eigenschaft des Testobjekts anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht, während die optische Weglängendifferenz für jeden der Winkel variiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Detektor eine Kamera mit mehreren Detektorelementen ist und
wobei das Abbilden umfasst, dass das Testlicht, das von verschiedenen Stellen des Testobjekts ausgeht, auf
entsprechenden Stellen an der Kamera abgebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bestimmen der Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft
umfasst, dass die Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft an jeder der verschiedenen Stellen des Testobjekts bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft zu Änderungen der
optischen Eigenschaft in Abhängigkeit vom Winkel des auf das Testobjekt auftreffenden Testlichts in Beziehung
steht.
5. Verfahren nach Anspruch 4, das des Weiteren umfasst, dass mehrere Stellen des Testobjekts dergestalt
mit dem Testlicht beleuchtet werden, dass das Testlicht auf jede der mehreren Stellen über den Bereich von
Einfallswinkeln hinweg auftrifft.
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6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei für das Beleuchten und das Abbilden eine gemeinsame Objektivlinse
verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei es sich bei der gemeinsamen Quelle um eine räumlich ausgedehnte
Quelle handelt.
8. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Bereich von Einfallswinkeln einer numerischen Apertur von größer
als 0,7 entspricht.
9. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Bereich von Einfallswinkeln einer numerischen Apertur von größer
als 0,9 entspricht.
10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft zu Änderungen
der optischen Eigenschaft in Abhängigkeit vom Winkel des Testlichts, das vom Testobjekt gestreut wird, in
Beziehung steht.
11. Verfahren nach Anspruch 10, das des Weiteren umfasst, dass mehrere Stellen des Testobjekts mit dem
Testlicht, das mit einem gleichmäßigen Einfallswinkel auf das Testobjekt auftrifft, beleuchtet werden, und wobei
das Abbilden umfasst, dass Testlicht, das über einen Bereich von Winkeln von jeder Stelle des Testobjekts
gestreut wird, auf einer entsprechenden Stelle auf dem Detektor abgebildet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei für das Beleuchten und das Abbilden eine gemeinsame Objektivlinse
verwendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei es sich bei der gemeinsamen Quelle um eine Punktquelle handelt.
14. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Bereich von Einfallswinkeln einer numerischen Apertur von
größer als 0,7 entspricht.
15. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Bereich von Einfallswinkeln einer numerischen Apertur von
größer als 0,9 entspricht.
16. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abbilden des Weiteren umfasst, dass das Testlicht in einer
Pupillenebene eines für das Abbilden verwendeten optischen Systems polarisiert wird.
17. Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren umfasst, dass das Testobjekt mit dem Testlicht beleuchtet wird und dass das Testlicht in einer Pupillenebene eines zum Beleuchten des Testobjekts verwendeten
optischen Systems polarisiert wird.
18. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die gemeinsame Quelle monochromatisch ist.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die gemeinsame Quelle eine Zentralwellenlänge und eine Spektralbandbreite von weniger als 2% der Zentralwellenlänge aufweist.
20. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das gleichzeitige Variieren der optischen Weglängendifferenz für
jeden der Winkel umfasst, dass das Testobjekt relativ zu einem Objektiv bewegt wird, das dazu dient, das von
dem Prüfstück ausgehende Testlicht einzufangen.
21. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das gleichzeitige Variieren der optischen Weglängendifferenz für
jeden der Winkel umfasst, dass ein Referenzspiegel, der zum Reflektieren des Referenzlichts dient, relativ zu
einem Objektiv bewegt wird, das dazu dient, das Referenzlicht auf den Referenzspiegel zu fokussieren.
22. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das gleichzeitige Variieren der optischen Weglängendifferenz für
jeden der Winkel umfasst, dass ein Strahlteiler bewegt wird, der innerhalb eines Mirau-Interferenzobjektivs
angeordnet ist.
23. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das gleichzeitige Variieren der optischen Weglängendifferenz für
jeden der Winkel eine Raumkohärenzlänge definiert und wobei die optische Weglängendifferenz für wenigstens
einen der Winkel über einen Bereich hinweg variiert wird, der größer ist als die Raumkohärenzlänge.
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24. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft
Folgendes umfasst:
Messen eines Interferenzsignals vom Detektor, wenn die optische Weglängendifferenz gleichzeitig für jeden
der Winkel variiert wird; und
Umwandeln des Interferenzsignals bezüglich einer Koordinate, die der optischen Weglängendifferenz für jeden der Winkel linear proportional ist, um ein umgewandeltes Signal zu erzeugen, das von einer konjugierten
Variable für die Koordinate abhängt, wobei die konjugierte Variable die Raumfrequenz ist.
25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei die konjugierte Variable ein direktes Abbilden des Winkels des
Testlichts, das auf das Testobjekt auftrifft oder vom Testobjekt ausgeht, ermöglicht.
26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Raumfrequenz K ist und das direkte Abbilden zwischen der
Raumfrequenz und dem Winkel ϕ durch K(ϕ) ∝ cos(ϕ)/λ beschrieben wird, wobei λ die Wellenlänge des Testlichts ist.
27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei das direkte Abbilden zwischen der Raumfrequenz und dem Winkel
durch K(ϕ) = 4πcos(ϕ)/λ beschrieben wird.
28. Verfahren nach Anspruch 24, wobei das umgewandelte Signal ein direktes Abbilden der Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft des Testobjekts ermöglicht.
29. Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Umwandlung einer Fourier-Transformation entspricht.
30. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die optische Eigenschaft mit dem komplexen Reflexionsvermögen
des Testobjekts in Beziehung steht.
31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei die optische Eigenschaft mit dem Betrag des komplexen Reflexionsvermögens des Testobjekts in Beziehung steht.
32. Verfahren nach Anspruch 30, wobei die optische Eigenschaft mit der Phase des komplexen Reflexionsvermögens des Testobjekts in Beziehung steht.
33. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaft des Testobjekts
anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht, wenn die optische Weglängendifferenz
für jeden der Winkel variiert wird, und anhand vorkalibrierter winkelabhängiger Charakteristika eines optischen
Systems, das für das Abbilden verwendet wird, bestimmt wird.
34. Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren umfasst, dass ein Oberflächenhöhenprofil des Testobjekts
anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht, wenn die optische Weglängendifferenz
variiert wird, bestimmt wird.
35. Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren umfasst, dass die winkelabhängigen Veränderungen
der optischen Eigenschaft, die anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht bestimmt
wurden, mit denen eines Modells für das Testobjekt verglichen werden.
36. Verfahren nach Anspruch 35, wobei das Testobjekt wenigstens einen Dünnfilm auf einem Trägermaterial
umfasst.
37. Verfahren nach Anspruch 36, wobei das Verfahren des Weiteren das Bestimmen einer Dicke des Dünnfilms anhand des Vergleichs umfasst.
38. Verfahren nach Anspruch 37, wobei die optische Eigenschaft des Testobjekts den Betrag der Winkelabhängigkeit des komplexen Reflexionsvermögens des Prüfstücks umfasst und die Bestimmung der Dicke des
Dünnfilms auf dem Vergleich des Betrags der Winkelabhängigkeit des komplexen Reflexionsvermögens mit
der des Modells basiert.
39. Verfahren nach Anspruch 38, wobei das Verfahren des Weiteren das Bestimmen eines Oberflächenhöhenprofils für das Testobjekt anhand des Vergleichs umfasst.
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40. Verfahren nach Anspruch 39, wobei die optische Eigenschaft des Weiteren die Phase der Winkelabhängigkeit des komplexen Reflexionsvermögens des Prüfstücks umfasst und die Bestimmung des Oberflächenhöhenprofils auf der ermittelten Dicke des Dünnfilms und dem Vergleichen der Phase der Winkelabhängigkeit
des komplexen Reflexionsvermögens mit der des Modells für die ermittelte Dicke basiert.
41. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Test- und das Referenzlicht eine erste Wellenlänge aufweisen,
und wobei das Verfahren des Weiteren das Wiederholen des Abbildens, des Variierens und des Bestimmens
für das Test- und das Referenzlicht mit einer zweiten Wellenlänge umfasst, die sich von der ersten Wellenlänge
unterscheidet.
42. Verfahren, das Folgendes umfasst:
Abbilden von Testlicht, das von einem Testobjekt über eine Reihe von Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es
mit Referenzlicht interferiert, auf einem Detektor, wobei das Test- und das Referenzlicht von einer monochromatischen gemeinsamen Quelle stammen und wobei das Testobjekt wenigstens einen Dünnfilm auf einem
Trägermaterial umfasst;
für jeden der Winkel gleichzeitiges Variieren einer optischen Weglängendifferenz von der Quelle zum Detektor zwischen interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts mit einer Rate, die von dem Winkel
abhängt, mit dem das Testlicht von dem Testobjekt ausgeht; und
Bestimmen der Dicke des Dünnfilms anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht, während die optische Weglängendifferenz für jeden der Winkel variiert wird.
43. Vorrichtung, die Folgendes enthält:
eine Lichtquelle;
einen Detektor;
ein Abtastinterferometer, das dafür konfiguriert ist, Testlicht, das von einem Testobjekt über eine Reihe von
Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es mit Referenzlicht interferiert, auf dem Detektor abzubilden, wobei das
Test- und das Referenzlicht von der Lichtquelle stammen,
wobei – für jeden der Winkel – das Abtastinterferometer außerdem so konfiguriert ist, dass es eine optische
Weglängendifferenz von der Quelle zum Detektor zwischen interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts mit einer Rate, die von dem Winkel abhängt, mit dem das Testlicht von dem Testobjekt ausgeht,
gleichzeitig variiert; und
einen elektronischen Prozessor, der mit dem Detektor und dem Abtastinterferometer gekoppelt ist, wobei der
elektronische Prozessor so konfiguriert ist, dass er eine Winkelabhängigkeit einer optischen Eigenschaft des
Testobjekts anhand der Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht bestimmt, während die optische
Weglängendifferenz für jeden der Winkel variiert wird, was durch den Detektor gemessen wird.
44. Vorrichtung, die Folgendes enthält:
eine monochromatische Lichtquelle;
einen Detektor;
ein Abtastinterferometer, das dafür konfiguriert ist, Testlicht, das von einem Testobjekt über eine Reihe von
Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es mit Referenzlicht interferiert, auf dem Detektor abzubilden, wobei das
Test- und das Referenzlicht von der monochromatischen Lichtquelle stammen,
wobei – für jeden der Winkel – das Abtastinterferometer außerdem so konfiguriert ist, dass es eine optische
Weglängendifferenz von der Quelle zum Detektor zwischen interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts mit einer Rate, die von dem Winkel abhängt, mit dem das Testlicht von dem Testobjekt ausgeht,
gleichzeitig variiert; und
einen elektronischen Prozessor, der mit dem Detektor und dem Abtastinterferometer gekoppelt ist, wobei der
elektronische Prozessor so konfiguriert ist, dass er die Dicke eines Dünnfilms auf dem Testobjekt anhand der
Interferenz zwischen dem Test- und dem Referenzlicht bestimmt, während die optische Weglängendifferenz
für jeden der Winkel variiert wird.
45. Vorrichtung, die Folgendes umfasst:
ein Abtastinterferometer, das dafür konfiguriert ist, Testlicht, das von einem Testobjekt über eine Reihe von
Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es mit Referenzlicht interferiert, auf einem Detektor abzubilden, wobei das
Test- und das Referenzlicht von einer gemeinsamen Quelle stammen,
wobei das Abtastinterferometer außerdem so konfiguriert ist, dass es eine optische Weglängendifferenz von
der Quelle zum Detektor zwischen interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts mit einer Rate,
die von dem Winkel abhängt, mit dem das Testlicht von dem Testobjekt ausgeht, für jeden der Winkel gleichzeitig variiert,
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wobei das Abtastinterferometer eine Objektivlinse, die so angeordnet ist, dass sie das von dem Testobjekt
ausgehende Testlicht einfängt, und wenigstens eine Polarisationsoptik enthält, die in einer Pupillenebene des
Objektivs angeordnet ist.
46. Vorrichtung nach Anspruch 45, wobei die wenigstens eine Polarisationsoptik eine Polarisation erzeugt,
die über die Pupillenebene hinweg variiert.
47. Vorrichtung nach Anspruch 45, wobei die wenigstens eine Polarisationsoptik ein Polarisationsfilter und
wenigstens eine Wellenplatte umfasst.
48. Vorrichtung nach Anspruch 47, wobei die wenigstens eine Polarisationsoptik zwei Wellenplatten umfasst,
die an verschiedenen Positionen in der Pupillenebene angeordnet sind.
49. Vorrichtung, die Folgendes umfasst:
ein Abtastinterferometer, das dafür konfiguriert ist, Testlicht, das von einem Testobjekt über eine Reihe von
Winkeln ausgeht, dergestalt, dass es mit Referenzlicht interferiert, auf einem Detektor abzubilden, wobei das
Test- und das Referenzlicht von einer gemeinsamen Quelle stammen,
wobei das Abtastinterferometer außerdem so konfiguriert ist, dass es eine optische Weglängendifferenz von
der Quelle zum Detektor zwischen interferierenden Anteilen des Test- und des Referenzlichts mit einer Rate,
die von dem Winkel abhängt, mit dem das Testlicht von dem Testobjekt ausgeht, für jeden der Winkel gleichzeitig variiert,
wobei das Interferometer ein Quellenmodul umfasst, dass dafür konfiguriert ist, das Testobjekt mit im Wesentlichen kollimiertem Licht zu beleuchten.
50. Vorrichtung nach Anspruch 49, die des Weiteren eine gemeinsame Quelle umfasst, wobei die gemeinsame Quelle eine monochromatische Quelle ist.
Es folgen 7 Seiten Zeichnungen
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Anhängende Zeichnungen
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