DE19922614A1 - Method to control manufacturing processes of fine structure surfaces in semiconductor manufacturing; involves comparing signatures obtained from diffraction image with references for reference surfaces - Google Patents

Method to control manufacturing processes of fine structure surfaces in semiconductor manufacturing; involves comparing signatures obtained from diffraction image with references for reference surfaces

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DE19922614A1
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diffraction
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Abstract

The method involves providing reference signatures of fine structure surfaces. At least one signature of a sample surface to be controlled is measured and compared with the reference signatures, and is classified by parameters according to the comparison result. The reference signatures are measured by measuring the spatial or intensity distribution of a diffraction images of qualitative specific production prototypes. An independent claim is included for a device for implementing the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Kontrolle von Fertigungsprozessen feinstrukturierter Oberflächen in der Halbleiterfertigung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Dabei wird zur Analyse von Beugungsbildern der zu untersuchenden Oberfläche ein Vergleich mit bereits vorhandenen Beugungsbildern geprüfter Strukturen durchgeführt.The invention relates to a method for the optical control of manufacturing processes finely structured surfaces in semiconductor production and a device for Execution of the procedure. The analysis of diffraction patterns becomes the surface to be compared with existing diffraction patterns tested structures carried out.

Speziell bei der Halbleiterfertigung müssen während des Fertigungsprozesses häufig Linienbreiten und -profile von strukturierten Schichten kontrolliert werden. Für die Funktionsfähigkeit des Produkts ist die exakte Einhaltung der Spezifikationen für die Linienbreite von ausschlaggebender Bedeutung. Daneben sind noch weitere Strukturparameter wie z. B. Grabentiefe oder Seitenschräge von großer Wichtigkeit. Zur Kontrolle dieser Fertigungsparameter auf Lithographiemasken, Halbleiterscheiben oder anderen feinstrukturierten Oberflächen sind geeignete Meßgeräte erforderlich. Bei den heute verwendeten kleinsten Strukturbreiten im Bereich von 0,25 µm sind konventionelle, zerstörungsfreie optische Linienbreitenmeßgeräte aufgrund von Beugungs- und Interferenzeffekten nicht mehr einsetzbar. Um mit möglichst wenigen Monitorscheiben auszukommen, benötigt man bei der Halbleiterfertigung kostengünstige Meßverfahren zur zerstörungs- und kontaminationsfreien Überprüfung von Linienstrukturen auf Produktscheiben. Die Meßgeschwindigkeit sollte dabei so hoch sein, daß z. B. nach einem kritischen Prozeßschritt jede Produktscheibe ohne signifikante Erhöhung der Prozeßzeit kontrolliert werden kann. Especially in semiconductor manufacturing, often have to during the manufacturing process Line widths and profiles of structured layers can be checked. For the Functionality of the product is the exact adherence to the specifications for the Line width of crucial importance. There are also others Structural parameters such as B. trench depth or side slopes of great importance. For Control of these manufacturing parameters on lithography masks, semiconductor wafers or other finely structured surfaces, suitable measuring devices are required. With the smallest structure widths used today in the range of 0.25 µm conventional, non-destructive optical line width measuring devices due to diffraction and interference effects can no longer be used. To use as few monitor screens as possible get along, you need inexpensive measurement methods for semiconductor manufacturing non-destructive and contamination-free inspection of line structures Product slices. The measuring speed should be so high that z. B. after a critical process step every product slice without significant increase in process time can be controlled.  

Stand der TechnikState of the art

Für die Linienbreitenmessung feiner Strukturen (<1 µm) werden zur Zeit Elektronenmikroskope eingesetzt, die eine aufwendige Handhabung erfordern und einen niedrigen Durchsatz besitzen, so daß nur ein geringer Anteil der prozessierten Halbleiterscheiben überprüft werden kann. Darüber hinaus erhält man exakte Meßergebnisse für die Linienprofile nur mit sogenannten cross-section-Aufnahmen, für die eine bereits prozessierte Halbleiterscheibe zerstört werden muß. Neben den regulären Produktscheiben werden daher bei der Halbleiterfertigung sogenannte Monitorscheibe mitprozessiert, die anschließend für Meßzwecke verwendet werden. Vor allem bei den künftigen großen Scheibendurchmessern von 300 mm und darüber, verursachen diese Monitorscheiben hohe Kosten, zum einen aufgrund des reinen Materialwertes, zum anderen, weil durch sie der Durchsatz an Produktscheiben deutlich reduziert wird. Einen Lösungsansatz bietet die Streulichtmessung. Im allgemeinen wird bei diesem Verfahren der zu untersuchende Meßbereich beleuchtet und aus den Merkmalen des reflektierten Lichts auf die Oberflächeneigenschaften des Meßbereichs geschlossen. Befinden sich auf dem Substrat periodische Strukturen, so treten bei entsprechender Wahl der Lichtwellenlänge Beugungs- und Interferenzeffekte auf, die bei konventionellen optischen Geräten eine Messung verhindern, bei der Streulichtmessung bzw. Beugungsmessung jedoch explizit erfaßt und ausgewertet werden, da sie für die Strukturgrößen charakteristisch sind. Mit Hilfe aufwendiger Modellrechnungen ist es bereits möglich, verschiedene Strukturgrößen wie Linienbreite, Kantenschräge oder Linienhöhe durch Streulichtmessung zu bestimmen.For the line width measurement of fine structures (<1 µm) are currently Electron microscopes used, which require complex handling and one have low throughput, so that only a small proportion of the processed Semiconductor wafers can be checked. In addition, you get exact Measurement results for the line profiles only with so-called cross-section recordings for which an already processed semiconductor wafer must be destroyed. In addition to the regular ones Product slices are therefore so-called monitor slices in semiconductor production co-processed, which are then used for measurement purposes. Especially with the future large disc diameters of 300 mm and above cause this Monitor screens high costs, on the one hand due to the pure material value, on the other hand, because it significantly reduces the throughput of product slices. Scattered light measurement offers a solution. In general, this Method of the measuring range to be examined illuminated and from the characteristics of the reflected light on the surface properties of the measuring range. If there are periodic structures on the substrate, the choice is appropriate the light wavelength diffraction and interference effects, which in conventional prevent optical devices from measuring when measuring scattered light or Diffraction measurement, however, can be explicitly recorded and evaluated, since it is for the Structure sizes are characteristic. With the help of elaborate model calculations, it already is possible, various structure sizes such as line width, bevel or line height to be determined by scattered light measurement.

Die Reflexion kohärenten Lichts an periodischen Strukturen, die als Amplituden oder Phasengitter aufgefaßt werden können, bewirkt die Bildung von Beugungs- und Interferenzeffekten. Ist die Wellenlänge des verwendeten Lichts zumindest größer als die halbe Gitterperiode, so entstehen neben dem direkt reflektierten Strahl 0-ter Ordnung noch weitere Beugungsmaxima höherer Ordnung. Die Lage bzw. der Winkel θn der n-ten Beugungsordnung hängt nur vom Einstrahlwinkel θi, von der Gitterperiode g sowie von der Wellenlänge ab:
The reflection of coherent light from periodic structures, which can be interpreted as amplitudes or phase gratings, causes the formation of diffraction and interference effects. If the wavelength of the light used is at least longer than half the grating period, further higher-order diffraction maxima arise in addition to the directly reflected 0th order beam. The position or the angle θ n of the nth diffraction order depends only on the angle of incidence θ i , on the grating period g and on the wavelength:

Im Fall von zweidimensionalen Gittern und komplizierten Strukturen mit mehreren verschiedenen Perioden muß das Beugungsproblem dreidimensional analysiert werden. Liegt die Größe der untersuchten Strukturen im Bereich der Wellenlänge, so gelten die einfachen Fraunhofer Beugungsgleichungen nicht mehr. Statt dessen müssen die Maxwellgleichungen für die Reflexion und Transmission an Gittern explizit gelöst werden, z. B. mit Hilfe der sogenannten rigorous coupled wave analysis. Die auftretenden Nichtlinearitäten lassen allgemein gültige Aussagen nur noch sehr begrenzt zu, weshalb für die Beurteilung von Beugungseffekten an kleinen Strukturen stets der konkrete Einzelfall betrachtet bzw. numerisch berechnet werden muß. Die Intensitäten sowie die Phasen der Beugeordnungen hängen dabei von den Eigenschaften des einfallenden Strahls (Winkel, Polarisation, Wellenlänge), von der untersuchten Gitterstruktur (Gitterperioden, Linienbreite, Linienhöhe, Schichtaufbau, Kantenrundungen, Rauigkeit) und von den Materialeigenschaften des Substrats (Brechungsindex, Absorptionsindex) ab. Die Lage der Beugemaxima wird jedoch nur vom Einfallswinkel, von der Gitterperiode und von der Wellenlänge beeinflußt. Sind diese Größen konstant, so kann aus der Intensitätsauswertung der örtlich festen Beugeordnungen auf die übrigen Gitterparameter geschlossen werden. Wegen der vielen Gitter-Einflußgrößen ist eine eindeutige Bestimmung der Gitterparameter jedoch nur möglich, falls eine genügende Anzahl von Intensitätsmeßwerten für den untersuchten Meßpunkt zur Verfügung steht.In the case of two-dimensional grids and complicated structures with several The diffraction problem must be analyzed three-dimensionally in different periods. If the size of the examined structures lies in the range of the wavelength, then the apply simple Fraunhofer diffraction equations no longer. Instead, they have to Maxwell equations for reflection and transmission on gratings are explicitly solved, e.g. B. with the help of the so-called rigorous coupled wave analysis. The occurring Nonlinearities allow only very limited statements, which is why for the assessment of diffraction effects on small structures is always the specific individual case must be considered or calculated numerically. The intensities as well as the phases of the Diffraction orders depend on the properties of the incident beam (angle, Polarization, wavelength), of the examined lattice structure (lattice periods, line width, Line height, layer structure, edge rounding, roughness) and of the Material properties of the substrate (refractive index, absorption index). The location of the Diffraction maxima is only determined by the angle of incidence, the grating period and the Wavelength affected. If these values are constant, the intensity evaluation can be used of the locally fixed diffraction orders can be concluded on the other lattice parameters. Because of the many lattice influencing variables, the lattice parameters must be clearly determined however only possible if there is a sufficient number of intensity measurements for the investigated measuring point is available.

Gelöste AufgabeSolved task

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges und nicht zerstörend arbeitendes Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Kontrolle von Fertigungsprozessen feinstrukturierter Oberflächen in der Halbleiterfertigung bereitzustellen. Der Einsatz des Verfahrens soll die Gerätekosten erheblich senken, den in situ- bzw. In-line- Einsatz ermöglichen und die Messung sowie die Meßdatenauswertung erheblich beschleunigen.The invention has for its object an inexpensive and non-destructive Working method and an apparatus for the optical control of To provide manufacturing processes for finely structured surfaces in semiconductor manufacturing. The use of the method should significantly reduce the device costs, the in situ or in-line Enable use and the measurement as well as the measurement data evaluation considerably accelerate.

Beschreibungdescription

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Darüber hinaus wird in Anspruch 11 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen.According to the present invention, the object is achieved by the features of claim 1 solved. In addition, an apparatus for performing the Proposed procedure.

Die bevorzugten Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The preferred embodiments are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird die Klassifikation zur Kontrolle der Halbleiterfertigung während der Produktion wie folgt vorgenommen. In einem Vorlauf wird eine genügend große Anzahl der zu untersuchenden Strukturen (Prototypen mit typischen Produktionsabweichungen) z. B. mit dem im Weiteren vorgeschlagenen Meßgerät vermessen und somit Beugungs-/ und/oder Streulichtbilder (Signaturen) aufgenommen. Man erhält so eine Anzahl von Referenzsignaturen. Darüber hinaus werden die Proben mit einem Meßgerät, gemäß dem Stand der Technik untersucht, das absolute Meßwerte liefert (z. B. Elektronenmikroskop). Somit erhält man einen Datenbasis, welche die Klassifikation der Referenzsignaturen enthält und die eine Zuordnung von fehlerhaften Teilen zu den Beugungs-/Streulichtbildern der Oberflächen von Proben aus der Produktion (Meßsignaturen) ermöglichen. Anhand dieser Datenbasis kann nun z. B. ein neuronales Netz trainiert werden und in Zukunft selbst eine gutschlecht Einteilung vornehmen. Die Messungen mit dem Elektronenmikroskop können dann entfallen. Es sind auch feinere Einteilungen in mehrere Klassen (z. B. Richtung der Abweichungen) durchführbar. Darüber hinaus sind Auswirkungen von Abweichungen verschiedener Parameter separierbar und ebenfalls in das Klassifikationsmodell integrierbar (die Datenbasis muß dafür nur groß genug sein, z. B. einige 100 Proben). Mit diesem Verfahren können Proben untersucht werden, die sich aufgrund ihrer Komplexität einer Modellierung verschließen. Gerade dies gilt für typische Produktstrukturen in der Halbleiterfertigung (z. B. bei einem DRAM). Im Falle des Modellierungsverfahrens gemäß dem Stand der Technik müßten unter Umständen spezielle Teststrukturen verwendet werden, die eine Simulation von Parametervariationen erlauben. Dies bedeutet erheblichen zusätzlichen Aufwand in einer Fertigung und kann den Einsatz des Meßverfahrens ausschließen.According to the invention, the classification for controlling the semiconductor production during the Production made as follows. In a preliminary run, a sufficiently large number of structures to be examined (prototypes with typical production deviations) z. B. with the measuring device proposed below and thus diffraction / and / or Scattered light images (signatures) recorded. So you get a number of Reference signatures. In addition, the samples with a measuring device, according to the State of the art examined, which provides absolute measured values (e.g. electron microscope). This gives you a database that contains the classification of the reference signatures and the assignment of defective parts to the diffraction / scattered light images of the Enable surfaces of samples from production (measurement signatures). Based on this Database can now e.g. For example, a neural network can be trained and one in the future make good bad division. The measurements with the electron microscope can then omitted. There are also finer divisions into several classes (e.g. direction of  Deviations) feasible. There are also effects of deviations Different parameters can be separated and also integrated into the classification model (The database only has to be large enough for this, e.g. some 100 samples). With this Methods can be used to examine samples that differ due to their complexity Close modeling. This is especially true for typical product structures in the Semiconductor manufacturing (e.g. for a DRAM). In the case of the modeling process according to the prior art might have to use special test structures that allow a simulation of parameter variations. This means significant additional effort in a manufacturing process and can use the measuring method exclude.

Für jeden Strukturtyp/für jedes Produkt einer Halbleiterfabrik muß dieses Einlernen durch Vermessung von Prototypen durchgeführt werden. Übertragungen von einem Produkt zum anderen sind nicht möglich. Innerhalb eines Produkttyps sind Parameterabweichungen dann detektierbar. Das gleiche gilt im übrigen auch für den Modellierungsansatz gemäß dem Stand der Technik.For every structure type / for every product of a semiconductor factory, this teaching must be carried out Surveying of prototypes can be carried out. Transfers from one product to another others are not possible. There are then parameter deviations within a product type detectable. The same also applies to the modeling approach according to the State of the art.

Eine weitere interessante Applikation (der Streulichtmessung/Beugungsmessung) ist die Produkterkennung. Naturgemäß unterscheiden sich die Meßsignaturen von einem zum anderen Produkt in der Regel erheblich und eindeutig. Damit wird die Erkennung von Produkten (unterschiedlichen Halbleiterstrukturen) sehr kostengünstig möglich und man kann auf aufwendige Bilderkennung oder Schrifterkennung verzichten bzw. diese ersetzen. Damit verbunden ist ein weiteres Problem in Halbleiterfabriken. Im Falle von fehlgeleiteten Wafern läßt sich nur mit relativ großem Aufwand feststellen, welcher Fertigungsschritt (z. B. ein kleiner Ätzschritt) zuletzt durchgeführt wurde und in welchem Zustand sich die Wafer jetzt befinden. Durch eine Streulicht/Beugungsmessung könnte diese Einordnung in Sekundenbruchteilen getroffen werden, falls einmal vorab die Beugungssignaturen nach jedem Fertigungsschritt aufgenommen und gespeichert wurden. Ein Vergleich (z. B. mit Tabelle, Neuronales Netzwerk) erbringt dann die Zuordnung.Another interesting application (the scattered light measurement / diffraction measurement) is the Product detection. Naturally, the measurement signatures differ from one to the other other product usually substantial and clear. This will help detect Products (different semiconductor structures) very inexpensively possible and one can do without complex image recognition or font recognition or replace them. This is associated with another problem in semiconductor factories. In the case of misguided Wafers can only be determined with relatively great effort which production step (e.g. a small etching step) was carried out last and in what condition the wafer are now. This classification could be measured by a scattered light / diffraction measurement Fractions of a second can be hit if the diffraction signatures follow every production step was recorded and saved. A comparison (e.g. with Table, neural network) then provides the assignment.

Diese Produkterkennung/Prozeßschrittzuordnung kann mit der Beugungsanalyse nicht nur bei periodischen Strukturen angewendet werden. Auch bei allgemeinen nichtperiodischen (Logik-)Strukturen können charakteristische Intensitätsverläufe auftreten und eine Klassifizierung ermöglichen. Diese Erweiterung auf nichtperiodische Strukturen ist auch für die Klassifizierung von Parameterabweichungen möglich.This product detection / process step assignment cannot only be done with diffraction analysis applied to periodic structures. Even for general non-periodic ones (Logic) structures can have characteristic intensity profiles and a  Allow classification. This extension to non-periodic structures is also for the classification of parameter deviations possible.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Intensitätskurven von Beugungsbildern mit den Intensitätsverteilungen zu vergleichen, die zuvor mit spezifizierten, optimalen Gitterstrukturen und/oder Produktionsprototypen aufgenommen wurden und durch ein geeignetes Abstandsmaß zu entscheiden, ob die konkret untersuchte Struktur die geforderten Spezifikationen einhält.According to the invention, it is proposed that the intensity curves of diffraction images with the Compare intensity distributions that were previously specified with optimal ones Lattice structures and / or production prototypes were included and by one suitable distance measure to decide whether the specifically examined structure complies with the required specifications.

Für diese Klassifikation (z. B. Struktur in Ordnung/Prozeß fehlerhaft) ist keine aufwendige Modellbildung oder die Bestimmung absoluter Gittergrößen erforderlich. Statt dessen werden die Intensitätskurven von Proben, die die Spezifikationen erfüllen (Prototypen) mit Hilfe eines lernfähigen Systems gespeichert und ein Vergleich mit der aktuellen Meßkurve durchgeführt. Das beschriebene Verfahren eignet sich speziell für die kontinuierliche Kontrolle von regulären Strukturen, z. B. von Speicherelementen, die zum größten Teil symmetrische Gitterstrukturen aufweisen. Während die bisherigen Verfahren mit numerischen Simulationen hauptsächlich für einfache Teststrukturen geeignet sind, ist das hier vorgeschlagene Konzept direkt auch für komplexe Produktstrukturen anwendbar. Beim Hochfahren der Fertigungslinie fallen genügend Meßdaten aus REM-Untersuchungen für ein Training eines lernfähigen klassifizierenden Systems (z. B. eines neuronalen Netzes oder einer Fuzzy-Logik) an.This classification (e.g. structure in order / process faulty) is not a complex one Modeling or the determination of absolute grid sizes required. Instead are the intensity curves of samples that meet the specifications (prototypes) with Saved with the help of an adaptable system and a comparison with the current measurement curve carried out. The method described is particularly suitable for continuous Control of regular structures, e.g. B. of storage elements, for the most part have symmetrical lattice structures. While the previous procedure with numerical simulations are mainly suitable for simple test structures, that is The concept proposed here can also be used directly for complex product structures. At the When the production line is started up, sufficient measurement data from SEM investigations are available Training a classifying system capable of learning (e.g. a neural network or a fuzzy logic).

Zur Beurteilung der strukturierten Probenoberfläche werden die Intensitätsverläufe mit Kurvenverläufen spezifizierter Proben (Prototypen) verglichen. Mit Hilfe eines lernfähigen Systems, z. B. eines neuronalen Netzes, wird eine Einteilung oder Klassifizierung der betreffenden Probenoberfläche vorgenommen (z. B. gut/schlecht). Das neuronale Netz wurde dazu mit einer ausreichenden Anzahl von Beispielstrukturen (Prototypen) trainiert. Nachdem eine fehlerhafte Struktur erkannt wurde kann diese mit den aufwendigen Verfahren des Standes der Technik genau untersucht werden. Der große Vorteil dieses Verfahrens liegt in seiner Einfachheit. Es ist kein hochqualifizierter Fachmann erforderlich, dessen Aufgabe darin besteht, die Probenoberfläche so genau wie möglich zu modellieren und die Streulicht- und Beugungseffekte vorherzusagen, um einen absoluten Meßwert für einen oder mehrere Gitterparameter zu erhalten. Statt dessen gewinnt man sehr schnell und einfach die für die Fertigung wichtige Aussage gutschlecht oder zumindest eine Warnmeldung. Damit wird das Verfahren auch für Gitterstrukturen effizient anwendbar, die mehrere Periodizitäten in verschiedene Raumrichtungen besitzen (2D-Gitter) und durch Kantenrundungen, Rauhigkeiten oder unbekannte Materialeigenschaften schwierig zu modellieren sind. Natürlich können aber auch wie bei ähnlichen Meßverfahren (oder z. B. bei der Ellipsometrie) durch Simulation und Regression der Modellparameter absolute Meßergebnisse mit dem im Weiteren vorgestellten Meßgerät ermittelt werden. Eine unbeabsichtigte Verkippung der Probe während der Messung stellt eine Änderung des Lichteinfallswinkels dar und führt u. U. zu deutlichen Abweichungen in den Intensitätskurven. In den aus realen Versuchen stammenden Trainingsdaten für ein klassifizierendes neuronales Netzwerk sind solche zufälligen Verkippungen ebenfalls enthalten, so daß das System solche Effekte automatisch berücksichtigt und der konstruktive Aufwand zur Vermeidung und Erkennung solcher Verkippungen relativ klein gehalten werden kann. Darüber hinaus können die Intensitäten der Beugungsmaxima höherer Ordnung auch für eine korrekte Ausrichtung der Scheibe verwendet werden. Im allgemeinen Fall besitzen die Beugeordnungen rechts und links der direkten Reflexion unterschiedliche Intensität, falls der die Periodizität der Strukturen beschreibende Gittervektor nicht in der Einfallsebene des Lichtstrahls liegt bzw. die Probe verdreht ist. Man erhält somit ein sehr einfaches und empfindliches Mittel, um eine Verdrehung der Scheibe festzustellen, die sich auf die zu messenden Intensitätsverläufe auswirkt und somit das Meßergebnis für die Strukturgrößen verfälschen kann.In order to assess the structured sample surface, the intensity profiles are included Curves of specified samples (prototypes) compared. With the help of a learnable Systems, e.g. B. a neural network, a classification or classification of concerned sample surface (e.g. good / bad). The neural network was trained with a sufficient number of sample structures (prototypes). After a faulty structure has been identified, this can be done with the complex Prior art methods are examined in detail. The big advantage of this The process lies in its simplicity. No highly qualified professional is required  whose job is to model the sample surface as accurately as possible and predict the stray light and diffraction effects to give an absolute reading for to get one or more grid parameters. Instead you win very quickly and simply the good or bad statement important for the production or at least one Warning message. This means that the method can also be used efficiently for lattice structures that have several periodicities in different spatial directions (2D grid) and through Edge rounding, roughness or unknown material properties difficult are modeling. Of course, as with similar measuring methods (or e.g. with the ellipsometry) by simulation and regression of the model parameters absolute Measurement results can be determined with the measuring device presented below. An unintentional tilting of the sample during the measurement represents a change in the Light incidence angle and leads u. U. to significant deviations in the intensity curves. In the training data from real tests for a classifying neural network, such random tilting is also included, so that the System automatically takes such effects into account and the design effort Avoidance and detection of such tilting can be kept relatively small. In addition, the intensities of the higher order diffraction maxima can also be used for correct alignment of the disc can be used. In the general case they have Diffraction orders to the right and left of the direct reflection different intensity, if the the lattice vector describing the periodicity of the structures is not in the plane of incidence of the Light beam lies or the sample is twisted. You get a very simple and sensitive means to detect a rotation of the disc, which refers to the measuring intensity profiles and thus the measurement result for the structure sizes can falsify.

Als besonders großer Vorteile des Verfahrens muß hervorgehoben werden, daß verfahrensgemäß keine Modellbildung erforderlich ist, die eine Rückrechnung vom gemessenen Intensitätsverlauf bei einer Probe auf absolute Strukturgrößen dieser Probe gestattet. Für diese Rückrechnung existieren für Strukturen im Allgemeinen keine analytischen Ansätze. Statt dessen müssen vorab möglichst viele denkbare Parameterkombinationen simuliert und die sich ergebenden Intensitätskurven z. B. in eine Tabelle eingetragen werden. Die Rückrechnung besteht dann im wesentlichen aus einem Vergleich der Tabellenkurven mit der aktuell gemessenen Kurve. Bei komplexen Gitterstrukturen können diese Vorab-Simulationen sehr umfangreich/aufwendig werden und Tage oder Wochen dauern.A particularly great advantage of the method must be emphasized that According to the process, no modeling is required, which is a retroactive calculation from measured intensity curve in a sample for absolute structure sizes of this sample allowed. There are generally no structures for this retroactive calculation analytical approaches. Instead, as many conceivable ones as possible must be made in advance  Parameter combinations simulated and the resulting intensity curves z. B. in a Be entered in the table. The retroactive accounting then essentially consists of a Comparison of the table curves with the currently measured curve. With complex Lattice structures can make these preliminary simulations very extensive / complex Last days or weeks.

Für die Prozeßkontrolle wichtig ist jedoch im wesentlichen eine Kontrolle der Spezifikationen mit der Aussage in Ordnung/ nicht in Ordnung (gegebenenfalls noch eine Information über die Richtung einer Abweichung). Die Idee ist daher, nur eine derartige Klassifikation durchzuführen. Dazu muß lediglich eine möglichst eindeutige Signatur für die zu überwachenden Parameter gemessen werden. Dabei muß sichergestellt sein, daß bestimmte Signaturen unverwechselbar bestimmte Oberflächenstrukturen indizieren. Diese Signaturen können z. B. sein:For the process control it is essential to check the specifications with the statement OK / not OK (if necessary, information about the direction of a deviation). The idea is, therefore, just such a classification perform. All that is required is a signature that is as clear as possible for the monitoring parameters can be measured. It must be ensured that certain signatures unmistakably index certain surface structures. This Signatures can e.g. B. be:

- die Intensitäten der Beugeordnungen bei variabler Polarisation des Meßstrahls die Intensitäten der Beugeordnungen (oder nur des direkten Reflexes) bei Änderung des Einfallswinkels des Meßstrahls- The intensities of the diffraction orders with variable polarization of the measuring beam the intensities of the diffraction orders (or only the direct reflex) when changing the Angle of incidence of the measuring beam

- Meßwerte psi/delta eines Ellipsometers (wobei ggf. eine Parameter wie Polariation, Wellenlänge, Einfallswinkel geändert wird, um mehr Informationen über die Struktur und somit eine möglichst eindeutige Signatur zu erhalten)- Measured values psi / delta of an ellipsometer (where appropriate, a parameter such as polarization, Wavelength, angle of incidence is changed to provide more information about the structure and to get a signature as clear as possible)

- Messungen mit Spektroskopie/Reflektometrie/Thermowellenanalyse/­ Röntgenspektroskopie: die damit erhältlichen Meßwerte hängen von den Strukturparametern (Linienbreite/Schichtdicke usw.) auf komplexe Weise ab. Absolute Strukturgrößen sind damit nur schwer bestimmbar, eine bloße Unterscheidung zwischen unterschiedlichen Strukturen ist jedoch möglich.- measurements with spectroscopy / reflectometry / thermal wave analysis / X-ray spectroscopy: the measurement values available with it depend on the structural parameters (Line width / layer thickness etc.) in a complex way. So absolute structure sizes are difficult to determine, a mere distinction between different structures is however possible.

Unabhängig vom eigentlichen Meßprinzip ist die Grundlage des Verfahrens die Erzeugung von Meßsignaturen, die eindeutig verschiedenen Gitterparametern zugeordnet werden können.Regardless of the actual measuring principle, the basis of the method is generation of measurement signatures that are clearly assigned to different grid parameters can.

Im Folgenden wird ein Meßaufbau zur Erzeugung polarisationsabhängiger Signaturen beschrieben. Eine Lichtquelle liefert kohärentes, linear polarisiertes Licht einer Wellenlänge. The following is a measurement setup for generating polarization-dependent signatures described. A light source provides coherent, linearly polarized light of one wavelength.  

Alternativ kann unpolarisiertes Licht durch entsprechende Polarisatoren linear polarisiert werden. Zudem können mehrere Strahlen verschiedener Wellenlänge zu einem Strahl zusammengeführt werden, um eine größere Anzahl an Beugemaxima zu erhalten. Das kohärente Licht kann auch aus einer spektralen Lichtquelle stammen (z. B. einer Xenon- Lampe), wobei mit Hilfe eines Filters verschiedene Wellenlängenbereiche extrahiert werden. Die im weiteren beschreibene Auswertung der von der Oberfläche reflektierten Lichtintensität kann damit zudem in Abhängigkeit der Wellenlänge durchgeführt werden. Mit Hilfe des zusätzlichen Parameters kann die Meßgenauigkeit und die Empfindlichkeit des Verfahrens erhöht werden.Alternatively, unpolarized light can be linearly polarized by appropriate polarizers become. In addition, several beams of different wavelengths can be combined into one beam be brought together in order to obtain a larger number of flexion maxima. The coherent light can also come from a spectral light source (e.g. a xenon Lamp), with the help of a filter different wavelength ranges are extracted. The evaluation described below of the reflected from the surface Light intensity can also be carried out depending on the wavelength. With With the help of the additional parameter, the measuring accuracy and the sensitivity of the Procedure will be increased.

Durch ein geeignetes optisches Element (z. B. eine λ/2-Platte) wird der Polarisationswinkel während der Messung stufenlos oder in kleinen Stufen (motorisch) geändert. Alternativ kann auch ein elektrooptisches Element zur Polarisationsdrehung eingesetzt werden oder die linear polarisierte Lichtquelle (der Laser) wird selbst gedreht. Die Strahlführung erfolgt mit Hilfe von Linsen, Spiegeln und Prismen, wobei deren genaue Anordnung nichts am zugrunde liegenden Meßprinzip ändert. Allerdings müssen die Einflüsse der optischen Elemente auf den Polarisationswinkel des einfallenden Lichtsstrahls berücksichtigt werden. Die Spiegel, Prismen oder Scheiben können in beliebiger Reihenfolge zwischen Lichtquelle, λ/2-Platte und der zu untersuchenden Probe angebracht sein. Entscheidend ist, daß ein linear polarisierter Lichtstrahl auf die Probenoberfläche trifft, dessen Polarisationswinkel zwischen 0° und 180° variiert wird. Alternativ kann auch ein anderer Winkelbereich zwischen 0° und 360° gewählt werden. Allerdings ergeben Winkel über 180° keine grundsätzlich neue Information, sondern stellen eine Wiederholung der Messung zwischen 0° und 180° dar. Das Meßverfahren kann auch mit elliptisch polarisiertem Licht durchgeführt werden. Wie im linearen Fall wird mit einer λ/2-Platte der Azimutwinkel (Polarisationswinkel) vorgegeben, der die Hauptachse des elliptisch polarisierten Lichts bestimmt. Wiederum mit Hilfe eines geeigneten optischen Elements (z. B. eine λ/4-Platte) entsteht aus linear polarisiertem Licht die jeweils geforderte elliptische Polarisation. Um das Rauschen der Lichtquelle zu berücksichtigen wird z. B. mit einer Photodiode die Intensität eines mit einem Strahlteiler (z. B. Prisma oder Strahlplatte) ausgekoppelten Referenzstrahls gemessen. Mit Hilfe einer verstellbaren, während der Messung aber festen Strahlumlenkung wird ein für die jeweilige Probe geeigneter Einfallswinkel realisiert (s. o. zu Strahlführung). Dieser konstante Einfallswinkel des Lichtstrahls auf die Probe stellt einen wichtigen Unterschied zu bisher vorgestellten ähnlichen Meßgeräten dar und vereinfacht den Meßaufbau erheblich. Bei einem Durchmesser von ca. 0,5 mm trifft der Lichtstrahl i. a. auf mehrere tausend Einzelstrukturen, so daß das Meßergebnis einen Mittelwert der betreffenden Gitterparameter darstellt. Falls gewünscht, kann der Lichtstrahl mit Hilfe einer Optik aufgeweitet werden, um die Zahl der gleichzeitig betrachteten Einzelstrukturen zu erhöhen. Dabei dürfen auch nichtperiodische Strukturen erfaßt werden. Im Fall größtenteils nichtperiodischer Strukturen erhält man mit dem Meßverfahren eine Aussage über die Rauhigkeit bzw. die mittelere Oberflächenbeschaffenheit der Probe. Der Lichtstahl kann auch fokussiert werden, um nur wenige Einzelstrukturen zu bedecken, falls der Bereich periodischer Strukturen klein ist oder weil die Eigenschaften speziell dieser Einzelstrukturen interessieren. Mit Hilfe eines Verfahrtisches können verschiedene Meßpunkte auf einer größeren Probenoberfläche angefahren werden (mapping). Alternativ kann auch die Meßeinheit verfahren und positioniert werden.The polarization angle is determined by a suitable optical element (e.g. a λ / 2 plate) changed continuously or in small steps (motorized) during the measurement. Alternatively, you can an electro-optical element for polarization rotation can also be used or the linearly polarized light source (the laser) is rotated itself. The beam is guided with With the help of lenses, mirrors and prisms, their exact arrangement does not affect anything underlying measurement principle changes. However, the influences of the optical Elements on the polarization angle of the incident light beam are taken into account. The mirrors, prisms or panes can be arranged in any order between the light source, λ / 2 plate and the sample to be examined. It is crucial that a linearly polarized light beam hits the sample surface, its polarization angle is varied between 0 ° and 180 °. Alternatively, another angular range between 0 ° and 360 ° can be selected. However, angles over 180 ° do not result in fundamentally new ones Information, but represent a repetition of the measurement between 0 ° and 180 ° Measurement methods can also be carried out with elliptically polarized light. Like in linear case is given with a λ / 2 plate the azimuth angle (polarization angle), the the main axis of the elliptically polarized light is determined. Again with the help of a suitable optical element (e.g. a λ / 4 plate) arises from linearly polarized light the required elliptical polarization. To the noise of the light source too will take into account e.g. B. measured with a photodiode, the intensity of a coupled with a beam splitter (z. B. prism or beam plate) reference beam. With the help of a  adjustable, but fixed during the measurement beam deflection is a for each A suitable angle of incidence has been implemented (see above for beam guidance). This constant The angle of incidence of the light beam on the sample makes an important difference to the previous one presented similar measuring devices and simplifies the measurement setup considerably. With a diameter of approx. 0.5 mm, the light beam hits i. a. to several thousand Individual structures, so that the measurement result is an average of the relevant lattice parameters represents. If desired, the light beam can be widened with the help of optics to increase the number of individual structures considered at the same time. This may also non-periodic structures are recorded. In the case of mostly non-periodic structures one obtains a statement about the roughness or the average with the measuring method Surface quality of the sample. The light steel can also be focused to only to cover a few individual structures if the area of periodic structures is small or because the properties of these individual structures are of particular interest. With help of a The traversing table can have different measuring points on a larger sample surface be approached (mapping). Alternatively, the measuring unit can also move and be positioned.

Die Gittergrößen bestimmen die vom Reflexionspunkt ausgehende Lichtverteilung. Im einfachsten Fall wird mit einer Photodiode nur die Intensität des direkt reflektierten Strahls in Abhängigkeit vom Polarisationswinkel gemessen. Als Variation kann der reflektierte Strahl wiederum durch einen veränderbaren Polarisator (Analysator) bei bestimmten Polarisationswinkeln untersucht werden. Wie beim einfallenden Lichtstrahl können Spiegel und Prismen zur Strahlführung und Strahlumlenkung eingesetzt werden ohne das Meßprinzip zu beeinflussen. Falls höhere Beugungsordnungen auftreten, können sie ebenfalls mit justierbaren Photodioden gemessen werden. Man erhält pro Meßpunkt einen oder mehrere Kurvenverläufe, die zur Klassifizierung oder auch zur absoluten Bestimmung eines Gitterparameters herangezogen werden. Gitterparameter sind dabei Gitterperioden, Linienbreiten, Grabentiefen, Schichtdicken (auch transparente Mehrschichtsysteme), Seitenwandschrägen, Kantenrundungen und Oberflächenrauhigkeiten und Materialeigenschaften (z. B. Brechungsindex). Die Probenoberfläche kann von Metallen (z. B. Aluminium), Halbleitern (Poly-Silizium) oder Nichtmetallen (z. B. Lacken) bedeckt sein. Der Anwendungsbereich des Meßprinzips bzw. die mögliche Größe der feinen Oberflächenstrukturen hängt von der Wellenlänge der verwendeten elektromagnetischen Strahlung ab: Die Strukturgrößen sollten in der Größenordnung mit der Wellenlänge übereinstimmen.The grating sizes determine the light distribution from the reflection point. in the In the simplest case, only the intensity of the directly reflected beam is measured in with a photodiode Dependence on the polarization angle measured. As a variation, the reflected beam again by a changeable polarizer (analyzer) at certain Polarization angles are examined. As with the incident light beam, mirrors can and prisms for beam guidance and beam deflection are used without that To influence the measuring principle. If higher diffraction orders occur, they can can also be measured with adjustable photodiodes. One gets one for each measuring point or several curves that are used for classification or for absolute determination of a lattice parameter can be used. Grid parameters are grid periods, Line widths, trench depths, layer thicknesses (also transparent multi-layer systems), Sidewall slopes, rounded edges and surface roughness and Material properties (e.g. refractive index). The sample surface can be made of metals (e.g.  As aluminum), semiconductors (poly-silicon) or non-metals (z. B. paints) may be covered. The scope of the measuring principle and the possible size of the fine Surface structures depend on the wavelength of the electromagnetic used Radiation from: The structure sizes should be of the order of magnitude with the wavelength to match.

Im übrigen können auch ortsaufgelöste Meßsysteme, z. B. eine CCD-Kamera (evtl. mit einem dazwischen liegenden Schirm) für die Intensitätserfassung eingesetzt werden. Aufgrund seines einfachen Aufbaus mit feststehenden Komponenten und der Auswertung eines nur sehr kleinen Streulichtwinkels, eignet sich der vorgeschlagene Aufbau im Gegensatz zu den bisher vorgeschlagenen Linienbreiten-Meßanordnungen für die Integration als in situ bzw. in-line Gerät.In addition, spatially resolved measuring systems, e.g. B. a CCD camera (possibly with an intermediate screen) can be used for intensity detection. Because of its simple structure with fixed components and the evaluation of a very small scattered light angle, the proposed structure is suitable in Contrary to the previously proposed line width measuring arrangements for the Integration as in situ or in-line device.

Während in der bekannten Streulichtmessung bei konstanter Polarisation der Lichtquelle der Einfalls- oder der gemessene Ausfallwinkel mit aufwendigen Meßanordnungen variiert werden, wird hier die kontinuierliche Drehung der linearen Polarisation vorgeschlagen, um die Meßanordnung erheblich zu vereinfachen und den Meßvorgang zu beschleunigen. Als Meßergebnis erhält man Intensitätsverläufe der Beugeordnungen (im einfachsten Fall nur der 0-ten Beugeordnung) in Abhängigkeit des Polarisationswinkels zwischen 0° und 180°. Der die Richtung der Periodizität angebende Gittervektor darf dazu nicht in der Einfallsebene des Lichtsstrahls liegen, damit konische Beugung auftritt.While in the known scattered light measurement with constant polarization of the light source The angle of incidence or the measured drop angle varies with complex measuring arrangements the continuous rotation of the linear polarization is proposed here to simplify the measuring arrangement considerably and to accelerate the measuring process. The result of the measurement is the intensity curves of the diffraction orders (in the simplest case only the 0th diffraction order) depending on the polarization angle between 0 ° and 180 °. The lattice vector indicating the direction of the periodicity must not be in the The plane of incidence of the light beam lies so that conical diffraction occurs.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist jedoch nicht auf die Variation der Polarisation des zur Messung verwendeten Lichtstrahles beschränkt. Ebensogut eignet sich die Variation des Einfallswinkels (lotrechter und/oder azimutaler Winkel) des Lichtstrahles auf die Probe zum Erzeugen unterschiedlicher Beugungsbilder. Eine Vorrichtung zur Variation des Einfallswinkels kann z. B. folgendermaßen aussehen.However, the application of the method according to the invention is not based on the variation of Polarization of the light beam used for the measurement is limited. It is equally suitable the variation of the angle of incidence (perpendicular and / or azimuthal angle) of the light beam to the test to produce different diffraction patterns. A device for Varying the angle of incidence can e.g. B. look like this.

Es kann die Meßanordnung wie in DE 198 24 624 A1 verwendet werden. Der Strahlteiler wird aber durch einen elektrisch geregelt rotierenden Spiegel ersetzt. Der elektrisch geregelt rotierender Spiegel (sog. Galvanometer-Scanner) wird in Verbindung mit einer feststehenden, nicht-planaren Spiegeloberfläche verwendet, um den Einfallswinkel des Meßstrahls für eine 2θ-Beugungsanalyse eines festen Meßpunkts zu variieren. Eine solche Anordnung ermöglicht das Anfahren großer Winkelstellungen innerhalb von Millisekunden mit einer Genauigkeit von wenigen µrad. Damit kann die Variation des Einfallswinkels innerhalb von einigen zehntel Sekunden durchgeführt werden. Darüber hinaus wird für die Erzeugung unterschiedlicher Einfallswinkel nur ein robustes bewegliches Bauteil (Galvanometer-Scanner) benötigt und somit die Störanfälligkeit reduziert. Die Kosten der verwendeten Komponenten sowie der für den Meßaufbau erforderliche Raumbedarf sind vergleichweise gering. Da die verschiedenen Einfallswinkel sequentiell erzeugt werden, existiert zu jedem Zeitpunkt genau ein einfallender Meßstrahl. Eine Überlagerung von Beugeordnungen tritt somit nicht auf.The measuring arrangement as in DE 198 24 624 A1 can be used. The beam splitter but is replaced by an electrically controlled rotating mirror. The electrically controlled rotating mirror (so-called galvanometer scanner) is used in conjunction with a fixed, non-planar mirror surface used to measure the angle of incidence Varying the measuring beam for a 2θ diffraction analysis of a fixed measuring point. Such  The arrangement enables large angular positions to be approached within milliseconds with an accuracy of a few µrad. This allows the variation of the angle of incidence can be done within a few tenths of a second. In addition, for the Generation of different angles of incidence only a robust, movable component (Galvanometer scanner) and thus reduces the susceptibility to faults. The cost of components used and the space required for the measurement setup comparatively low. Since the different angles of incidence are generated sequentially, there is exactly one incident measuring beam at all times. An overlay of Diffraction orders therefore do not occur.

Des weiteren wird vorgeschlagen, die Intensitäten der ersten Beugeordnung zur Überprüfung der exakten Ausrichtung der Probenscheibe einzusetzen.It is also proposed that the intensities of the first flexion order be Check the exact alignment of the sample disc.

Nur bei einem bestimmten Rotationswinkel der Scheibe auf dem Meßplatz besitzen die beiden Beugungsmaxima erster Ordnung bei konischer Beugung gleiche Intensität. Somit erhält man eine einfache Möglichkeit, den Rotationswinkel, der die Intensitätsverläufe beeinflußt, exakt zu justieren. Die Intensitätsverläufe können konventionell mit Hilfe eines Modells zur Bestimmung absoluter Gittergrößen durch Parameterregression genutzt werden.They only have a certain angle of rotation of the disk on the measuring station Both first order diffraction maxima with conical diffraction have the same intensity. Consequently you get a simple way, the rotation angle, of the intensity curves influenced to adjust exactly. The intensity courses can be conventionally with the help of a Model can be used to determine absolute grid sizes by parameter regression.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschreiben.The present invention will hereinafter be described with reference to the drawings describe.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der die Polarisation des zur Messung verwendeten Lichtes variiert wird. Fig. 1 shows the basic structure of an apparatus for performing the method according to the invention in which the polarization of the light used for the measurement is varied.

Fig. 2 stellt einen Auflaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Fig. 2 illustrates a run-up plan represents the inventive method.

Fig. 3 stellt einen Auflaufplan des Einsatzes des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Produkterkennung dar. Fig. 3 shows a flow chart of the use of the inventive method for product detection.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Messung polarisationsabhängiger Signaturen verfügt über eine Lichtquelle (1), welche kohärentes, linear polarisiertes Licht einer Wellenlänge liefert. Alternativ kann unpolarisiertes Licht durch entsprechende Polarisatoren linear polarisiert werden. Durch ein geeignetes optisches Element (2) (z. B. eine λ/2-Platte) wird der Polarisationswinkel während der Messung stufenlos oder in kleinen Stufen (motorisch) geändert. Alternativ kann auch ein elektrooptisches Element zur Polarisationsdrehung eingesetzt werden oder die linear polarisierte Lichtquelle (der Laser) wird selbst gedreht. Ein linear oder elliptisch polarisierter Lichtstrahl (3) trifft auf die Oberfläche der Probe (4), dessen Polarisationswinkel (Azimut) wird bevorzugt zwischen 0° und 180° variiert. Alternativ kann auch ein anderer Winkelbereich zwischen 0° und 360° gewählt werden oder die Messung mit anderen Winkeln wiederholt werden, um die Meßgenauigkeit zu erhöhen. Um das Rauschen der Lichtquelle zu berücksichtigen wird z. B. mit einer Photodiode (6) die Intensität eines mit einem Strahlteiler (5) (z. B. Prisma oder Strahlplatte) ausgekoppelten Referenzstrahls (7) gemessen. Mit Hilfe einer verstellbaren, während der Messung aber festen Strahlumlenkung (8) wird ein für die jeweilige Probe (4) geeigneter Einfallswinkel gewählt. Dieser konstante Einfallswinkel des Lichtstrahls auf die Probe stellt einen wichtigen Unterschied zu bisher vorgestellten ähnlichen Meßgeräten dar und vereinfacht den Meßaufbau erheblich.The device for measuring polarization-dependent signatures shown in FIG. 1 has a light source ( 1 ) which supplies coherent, linearly polarized light of one wavelength. Alternatively, unpolarized light can be linearly polarized by appropriate polarizers. A suitable optical element ( 2 ) (e.g. a λ / 2 plate) changes the polarization angle continuously or in small steps (motorized) during the measurement. Alternatively, an electro-optical element can be used to rotate the polarization, or the linearly polarized light source (the laser) is rotated itself. A linearly or elliptically polarized light beam ( 3 ) strikes the surface of the sample ( 4 ), the polarization angle (azimuth) of which is preferably varied between 0 ° and 180 °. Alternatively, another angle range between 0 ° and 360 ° can be selected or the measurement can be repeated with other angles in order to increase the measuring accuracy. To take into account the noise of the light source z. B. with a photodiode ( 6 ) the intensity of a with a beam splitter ( 5 ) (z. B. prism or beam plate) coupled reference beam ( 7 ) measured. An angle of incidence suitable for the respective sample ( 4 ) is selected with the aid of an adjustable beam deflection ( 8 ) which is fixed during the measurement. This constant angle of incidence of the light beam on the sample represents an important difference to similar measuring devices previously presented and considerably simplifies the measurement setup.

Mit Hilfe eines Verfahrtisches (10) können verschiedene Meßpunkte auf einer größeren Probenoberfläche angefahren werden.With the help of a traversing table ( 10 ), different measuring points can be approached on a larger sample surface.

Die Gittergrößen bestimmen die vom Reflexionspunkt ausgehende Lichtverteilung. Im einfachsten Fall wird mit einer Photodiode (12) nur die Intensität des direkt reflektierten Strahls (Spiegelreflex) (11) in Abhängigkeit vom Polarisationswinkel gemessen. Falls höhere Beugungsordnungen auftreten (Nebenreflexe (13)), können sie ebenfalls mit justierbaren Photodioden (14) oder mit einer CCD-Kamera gemessen werden.The grating sizes determine the light distribution from the reflection point. In the simplest case, only the intensity of the directly reflected beam (mirror reflex) ( 11 ) is measured with a photodiode ( 12 ) as a function of the polarization angle. If higher diffraction orders occur (secondary reflections ( 13 )), they can also be measured with adjustable photodiodes ( 14 ) or with a CCD camera.

Die Auswertung der Meßdaten und die Steuerung des Systems erfolgen mit einem an die einzelnen Vorrichtungsteile angeschlossenen Rechnersystem, welches ebenfalls das Klassifikationsmodul, bevorzugt das lernfähige System, bestehend aus einem neuronalen Netzwerk beinhaltet. Wird gemäß dem Stand der Technik ein physikalisches Modell für die Simulation der Beugungseffekte verwendet, so können die mit der Anordnung gemessenen Intensitätskurven auch zur Berechnung absoluter Probendaten, insbesondere Profilparameter verwendet werden. The evaluation of the measurement data and the control of the system are carried out with a individual device parts connected computer system, which is also the Classification module, preferably the learnable system, consisting of a neuronal Network includes. If a physical model for the Simulation of the diffraction effects used, so those measured with the arrangement Intensity curves also for the calculation of absolute sample data, in particular Profile parameters are used.  

In Fig. 2 wird das erfindungsgemäße Verfahren durch einen Ablaufplan dargestellt. In einem Vorlauf (100) (Einlernen des Systems) wird eine genügend große Anzahl der zu untersuchenden Strukturen (Prototypen mit typischen Produktionsabweichungen) vermessen und somit Beugungs-/ und/oder Streulichtbilder (Signaturen) aufgenommen (101). Man erhält so eine Anzahl von Reverenzsignaturen (103). Darüber hinaus werden die Proben mit einem Meßgerät, gemäß dem Stand der Technik untersucht (102), das absolute Meßwerte liefert (104) (z. B. Elektronenmikroskop). Die Referenzsignaturen können so den absoluten Meßwerten dieser Proben (Produktionsprototypen) zugeordnet werden. Somit erhält man einen Datenbasis, die eine Zuordnung von fehlerhaften Teilen zu den Beugungs-/Streulichtbildern der Oberflächen von Proben aus der Produktion (Meßsignaturen) ermöglichen. Anhand dieser Datenbasis kann nun z. B. ein neuronales Netz trainiert werden (105) und in Zukunft selbst eine gutschlecht Einteilung vornehmen. Während des Produktionsprozesses (200) werden die gemessenen Intensitätskurven von Signaturen der Produktproben (201) mit den Intensitätsverteilungen verglichen, die zuvor mit spezifizierten, optimalen Gitterstrukturen und/oder Produktionsprototypen aufgenommen wurden und durch ein geeignetes Abstandsmaß entschieden, ob die konkret untersuchte Struktur die geforderten Spezifikationen einhält (202). Nach der Klassifizierung der Probe, z. B. der Einteilung gut/schlecht oder der Zuordnung zu Meßwertbereichen kann nach der Ergebnisausgabe (203) eine genaue Fehleruntersuchung mit absoluten Meßgeräten gemäß dem Stand der Technik durchgeführt werden (204). Diese Fehleranalyse kann zu einer Korrektur des Herstellungsprozesses führen (205).In FIG. 2, the inventive method is represented by a flow chart. In a preliminary run ( 100 ) (teaching the system), a sufficiently large number of the structures to be examined (prototypes with typical production deviations) are measured and thus diffraction and / or scattered light images (signatures) are recorded ( 101 ). A number of reference signatures ( 103 ) are thus obtained. In addition, the samples are examined with a measuring device according to the state of the art ( 102 ) which provides absolute measured values ( 104 ) (e.g. electron microscope). The reference signatures can thus be assigned to the absolute measured values of these samples (production prototypes). This provides a database that enables the assignment of defective parts to the diffraction / scattered light images of the surfaces of samples from production (measurement signatures). Based on this database z. B. a neural network can be trained ( 105 ) and in the future make a bad division itself. During the production process ( 200 ), the measured intensity curves of signatures of the product samples ( 201 ) are compared with the intensity distributions that were previously recorded with specified, optimal lattice structures and / or production prototypes, and a suitable distance measure is used to decide whether the specifically examined structure meets the required specifications complies with ( 202 ). After classification of the sample, e.g. B. the classification good / bad or the assignment to measured value ranges can be carried out after the result output ( 203 ) a precise error analysis with absolute measuring devices according to the prior art ( 204 ). This error analysis can lead to a correction of the manufacturing process ( 205 ).

In Fig. 3 wird der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Produkterkennung durch einen Ablaufplan dargestellt.In Fig. 3, the use of the inventive method is illustrated for product identification by a flow chart.

In einem Vorlauf (100) (Einlernen des Systems) wird eine genügend große Anzahl der zu untersuchenden Strukturen (Verschiedene Produkttypen in verschiedenen Fertigungsstadien und/oder mit verschiedenen Produktionsfehlern) vermessen und somit Beugungs-/ und/oder Streulichtbilder (Signaturen) aufgenommen (101). Man erhält so eine Anzahl von Reverenzsignaturen (103). Anhand dieser Datenbasis kann nun ein Klassifikationsmodul erstellt, z. B. ein neuronales Netz trainiert werden (105) und in Zukunft selbst eine Produkterkennung vornehmen. Während des Produktionsprozesses (200) werden die gemessenen Intensitätskurven von Signaturen der zu Klassifizierenden Produkttypen (201) mit den Intensitätsverteilungen verglichen, die zuvor von den verschiedenen Produkttypen aufgenommen wurden und entschieden, um welches Produkt es sich handelt und/oder ob die konkret untersuchte Struktur die geforderten Spezifikationen einhält und/oder welche Produktionsfehler auftreten (202). Nach der Klassifizierung des untersuchten Produkts kann, nach der Ergebnisausgabe (203), gegebenenfalls eine genaue Fehleruntersuchung mit absoluten Meßgeräten gemäß dem Stand der Technik durchgeführt werden (204). Diese Fehleranalyse kann zu einer Korrektur des Herstellungsprozesses z. B. der Korrektur von Fehlleitungen führen (205).In a preliminary run ( 100 ) (teaching in the system), a sufficiently large number of the structures to be examined (different product types in different manufacturing stages and / or with different production errors) are measured and thus diffraction and / or scattered light images (signatures) are recorded ( 101 ) . A number of reference signatures ( 103 ) are thus obtained. Based on this database, a classification module can now be created, e.g. B. a neural network can be trained ( 105 ) and carry out product recognition in the future. During the production process ( 200 ), the measured intensity curves of signatures of the product types to be classified ( 201 ) are compared with the intensity distributions that were previously recorded by the different product types and decide which product it is and / or whether the specifically examined structure is the complies with the required specifications and / or which production errors occur ( 202 ). After the classification of the examined product, after the output of the results ( 203 ), an exact error analysis can be carried out with absolute measuring devices according to the state of the art ( 204 ). This error analysis can be used to correct the manufacturing process e.g. B. lead to the correction of misdirections ( 205 ).

Claims (24)

1. Verfahren zur Kontrolle von Fertigungsprozessen feinstrukturierter Oberflächen in der Halbleiterfertigung, bestehend aus den folgenden Schritten
  • - Bereitstellung von Referenzsignaturen feinstrukturierter Oberflächen
  • - Messung von mindestens einer Signatur der zu kontrollierenden Probenoberfläche,
  • - Vergleich der gemessenen Signatur mit den Referenzsignaturen
  • - Klassifikation von Parametern der Probenoberfläche an Hand der Vergleichsergebnisse
dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Referenzsignaturen durch die Messung der Orts- und/oder Intensitätsverteilung von Beugungsbildern an qualitativ spezifizierten Produktionsprototypen durchgeführt wird.1. Procedure for the control of manufacturing processes of finely structured surfaces in semiconductor manufacturing, consisting of the following steps
  • - Provision of reference signatures of finely structured surfaces
  • Measurement of at least one signature of the sample surface to be checked,
  • - Comparison of the measured signature with the reference signatures
  • - Classification of parameters of the sample surface based on the comparison results
characterized in that the measurement of the reference signatures is carried out by measuring the spatial and / or intensity distribution of diffraction images on qualitatively specified production prototypes. 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Signaturen optisch, durch die Messung von Beugung und/oder Streuung von elektromagnetischer Strahlung an den feinstrukturierten Oberflächen, erzeugt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the signatures optically, by the measurement of diffraction and / or scattering of electromagnetic radiation at the finely structured surfaces. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich der Reverenzsignaturen mit den Signaturen der Probenoberfläche und deren Klassifikation mit Hilfe eines mathematischen Algorithmus ausgeführt werden.3. The method according to claim 1 and / or 2, characterized in that the comparison of the Reference signatures with the signatures of the sample surface and their classification using a mathematical algorithm. 4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß der mathematische Algorithmus ein lernfähiges neuronales Netzwerk und/oder eine Fuzzy-Logik umfaßt.4. The method according to claim 3, characterized in that the mathematical Algorithm includes a learnable neural network and / or fuzzy logic. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signaturen durch die Messung der Orts- und/oder Intensitätsverteilung von Beugungs-/ und/oder Streulichtbildern unter Variation der Polarisation und/oder des Einfallswinkel der elektromagnetischen Strahlung erzeugt werden.5. The method according to one or more of claims 2 to 4, characterized in that the signatures by measuring the location and / or intensity distribution of Diffraction / and / or scattered light images with variation of the polarization and / or the Angle of incidence of the electromagnetic radiation can be generated. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klassifikation der Probenoberfläche in einer Einteilung, gut oder schlecht und/oder einer Einteilung in feiner abgestufte Qualitätsklassen und/oder der Einordnung zu bestimmten Produktionsfehlern besteht. 6. The method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that that the classification of the sample surface in one division, good or bad and / or a division into finer graded quality classes and / or the classification to certain production defects.   7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zur Kontrolle der Produktion periodischer Speicherelementstrukturen und/oder nichtperiodischer Logikstrukturen eingesetzt wird.7. The method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the method for controlling the production of periodic memory element structures and / or non-periodic logic structures is used. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Erstellen des Klassifikationssystems mit den Meßdaten der Referenzsignaturen, welche bei dem Hochfahren der Fertigungslinie anfallen geschieht.8. The method according to one or more of claims 2 to 7, characterized in that the creation of the classification system with the measurement data of the reference signatures, which occurs when the production line is started up. 9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zur Produkterkennung oder zur Einordnung des Zustandes fehlgeleiteter Wafer oder zum korrekten Ausrichten von Waferscheiben eingesetzt wird.9. The method according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the process for product detection or classification of the condition misdirected wafer or to correctly align wafer slices. 10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Klassifikationsergebnisse im Fehlerfalle als Anstoß zur Korrektur des Fertigungsprozesses genutzt werden.10. The method according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that the classification results in the event of an error as an impetus for correcting the Manufacturing process can be used. 11. Vorrichtung zur Kontrolle von Fertigungsprozessen feinstrukturierter Oberflächen in der Halbleiterfertigung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 10, bestehend aus
  • - einer Vorrichtung zur Bereitstellung von Referenzsignaturen feinstrukturierter Oberflächen,
  • - einer Vorrichtung zur Messung von mindestens einer Signatur der zu kontrollierenden Probenoberfläche,
  • - einem Modul zum Vergleich der gemessenen Signatur mit den Referenzsignaturen,
  • - einem Modul zur Klassifikation von Parametern der Probenoberfläche an Hand der Vergleichsergebnisse
dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Referenzsignaturen durch die Messung der Orts- und/oder Intensitätsverteilung von Beugungsbildern an qualitativ spezifizierten Produktionsprototypen durchgeführt wird.11. Device for controlling manufacturing processes of finely structured surfaces in semiconductor production, in particular for carrying out the method according to claims 1 to 10, consisting of
  • a device for providing reference signatures of finely structured surfaces,
  • a device for measuring at least one signature of the sample surface to be checked,
  • a module for comparing the measured signature with the reference signatures,
  • - a module for classifying parameters of the sample surface based on the comparison results
characterized in that the measurement of the reference signatures is carried out by measuring the spatial and / or intensity distribution of diffraction images on qualitatively specified production prototypes. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung in die Halbleiterfertigungslinie integriert ist und eine in situ- und/oder in-line Produktionsüberwachung ermöglicht. 12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the device in the Semiconductor production line is integrated and an in situ and / or in-line Production monitoring enables.   13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 und/oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Messung von Signaturen aus einer kohärenten elektromagnetischen Strahlungsquelle, einer Vorrichtung zur stufenlosen oder in kleinen Stufen erfolgenden Drehung der Polarisation der elektromagnetischen Strahlung und mindestens einem elektromagnetischen Strahlungsdetektor besteht, wobei die kohärente elektromagnetische Strahlung in einem festen Einfallswinkel auf eine feinstrukturierte Probenoberfläche auftrifft und die Orts- und/oder Intensitätsverteilung des durch die Reflexion der Strahlung an der Oberfläche erzeugten Beugungsbildes mit dem/den Strahlungsdetektoren in Abhängigkeit von der Polarisation der Strahlung gemessen wird.13. Device according to claims 11 and / or 12, characterized in that the Device for measuring signatures from a coherent electromagnetic Radiation source, a device for stepless or in small steps Rotation of the polarization of the electromagnetic radiation and at least one electromagnetic radiation detector exists, the coherent electromagnetic radiation at a fixed angle of incidence on a finely structured Sample surface strikes and the location and / or intensity distribution of the by Reflection of the radiation on the surface with the diffraction pattern Radiation detectors are measured depending on the polarization of the radiation. 14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Strahlung linear oder elliptisch polarisiert ist.14. The device according to one or more of claims 11 to 13, characterized characterized in that the electromagnetic radiation polarizes linearly or elliptically is. 15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung im Bereich der Strukturgrößen der Strukturen auf der feinstrukturierten Oberfläche ist.15. The device according to one or more of claims 11 to 14, characterized characterized in that the wavelength of the electromagnetic radiation in the range of Structure sizes of the structures on the finely structured surface is. 16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Strahlung mehrere Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche umfaßt und die Messung entweder in Abhängigkeit von den Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen nacheinander oder mit allen Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen gleichzeitig erfolgt.16. The device according to one or more of claims 11 to 15, characterized characterized in that the electromagnetic radiation has multiple wavelengths or Wavelength ranges and the measurement either depending on the Wavelengths or wavelength ranges in succession or with all wavelengths or wavelength ranges takes place simultaneously. 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das kohärente Licht aus einer Spektrallampe stammt und die verschiedenen Wellenlängenbereiche mit einem Filter extrahiert werden.17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the coherent light from comes from a spectral lamp and the different wavelength ranges with one Filters are extracted. 18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur stufenlosen oder in kleinen Stufen erfolgenden Drehung der Polarisation der elektromagnetischen Strahlung aus einer λ/2-Platte oder zwei λ/4-Platten oder einem elektrooptischen Element oder einer Vorrichtung zur mechanischen Drehung der Lichtquelle selbst besteht. 18. The device according to one or more of claims 11 to 17, characterized characterized in that the device for stepless or in small steps Rotation of the polarization of the electromagnetic radiation from a λ / 2 plate or two λ / 4 plates or an electro-optical element or a device for mechanical rotation of the light source itself.   19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationsrichtung der Strahlung um einen Winkel von insgesamt 180 Grad gedreht wird.19. The device according to one or more of claims 11 to 18, characterized characterized in that the polarization direction of the radiation by an angle of rotated a total of 180 degrees. 20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Strahlteilers und einer Strahlumlenkung ein Referenzstrahl aus dem auf die feinstrukturierte Oberfläche gerichteten Strahl ausgekoppelt wird und mit einem weiteren Strahlungsdetektor die Intensität dieses Referenzstrahls gemessen wird.20. The device according to one or more of claims 11 to 19, characterized characterized in that by means of a beam splitter and a beam deflection Reference beam from the beam directed at the finely structured surface is coupled out and the intensity of this with a further radiation detector Reference beam is measured. 21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromagnetische Strahl bevor er auf die Probe trifft entweder aufgeweitet oder fokusiert wird.21. The device according to one or more of claims 11 to 20, characterized characterized that the electromagnetic beam before it hits the sample is either expanded or focused. 22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe mit der feinstrukturierten Oberfläche auf einem Verfahrtisch fixiert ist oder die gesamte Meßeinrichtung gegenüber der Probe verfahren wird und Messungen von Orts- und/oder Intensitätsverteilungen von Beugungsbildern an verschiedenen Bereichen der Probenoberfläche durchgeführt werden.22. The device according to one or more of claims 11 to 21, characterized characterized in that the sample with the finely structured surface on a Is fixed on the traversing table or the entire measuring device is moved relative to the sample and measurements of spatial and / or intensity distributions of diffraction images different areas of the sample surface. 23. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die von der feinstrukturierten Oberfläche reflektierte elektromagnetische Strahlung zusätzlich in Abhängigkeit ihrer Polarisation untersucht wird.23. The device according to one or more of claims 11 to 22, characterized characterized in that the reflected from the finely structured surface electromagnetic radiation is also examined depending on its polarization becomes. 24. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß aus den gemessenen Signaturen absolute Profilparameter bestimmt werden.24. The device according to one or more of claims 11 to 23, characterized characterized that absolute profile parameters from the measured signatures be determined.
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