DD265226A1

DD265226A1 - Anordnung zur untersuchung der oberflaechenstrukturen

Info

Publication number: DD265226A1
Application number: DD30673887A
Authority: DD
Inventors: Rolf Gradewald; Fritz Kuhlmann; Wolfgang Schuett; Gerald Gruemmer
Original assignee: Univ Rostock
Priority date: 1987-09-07
Filing date: 1987-09-07
Publication date: 1989-02-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Untersuchung der Oberflaechenstrukturen. Das Anwendungsgebiet der Erfindung liegt bei der gleichzeitigen Untersuchung der ellipsometrischen Parameter und der mikroskopischen Rauhigkeitsstruktur der Probenoberflaeche beispielsweise bevorzugt polykristalliner Siliciumproben. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, fuer diese Untersuchungen geeignete Kombinationen der Verfahren zu erarbeiten. Erfindungsgemaess wird das Problem dadurch geloest, dass mit einem Lasergeraet sowohl das Laser-Raster-Mikroskop als auch das Reflexionsellipsometer betrieben werden, wobei ueber geeignete Teiler- und Reflexionsspiegel die Beleuchtung der Probe fuer die ellipsometrische und die laserrastermikroskopische Untersuchung vorgenommen wird. Kennzeichen der Erfindung ist weiterhin, dass eine elektronische Bilddarstellung in herkoemmlicher Weise ueber einen Photodetektor, Analog-Digitalwandler, elektronischen Speicher, Steuerrechner und Monitor vorgenommen werden kann. Die Rasterbewegung erfolgt ueber eine elektromechanische Verstelleinheit, die durch einen vom Steuerrechner angesteuerten Scantreiber betaetigt wird.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für eine Kombination eines Eilipsometers mit einem Laser-Rastermikroskop, um die Struktur der Oberflächenrauhigkeit der Proben und die ellipsemetrischen Parameter ψ und Δ mit einer gleichzeitigen Messung bestimmen zu Können und die Auswahl eines für die Probe relevanten Rauhigkeitsmodellu zu erleichtern.

Charakeristlk der bekannten technischen Lösungen

In der Literatur sind sowohl Durchstrahlungs- als auch Reflexionsellipsometern unterscheidet man Nullellipsometer und Eilipsometer bekannt. Bei den Reflexionsellipsometer mit rotierendem Polarisator oder Analysator. Bei derellipsometrischen Bestimmung der Dicke und des Brechungsindexes von transparenten Schichten von CVD-abgeschiedenem polykristallinen Silicium und polykristallinen Siliciumoxidschichten für den Einsatz in der Mikroelektronik ist die Oberflächenrnuhigkeit eine gravierende Einfluggröße. In Auswerteverfahren wird bisher der Einfluß der Oberflächenrauhigkeit nur durch Modellrechnungen erfaßt (R. M. A. Azzam, N. M. Basharn; Ellipsometry and polarized light, North-Holland Publishing Company, Amsterdam — New York — Oxford, 1977,327; C.A.Fenstermaker, F.L.McCrackin, Surface Science 16,1989,85). Die Laser-Rastermikroskopie (Typ III) ist wegen der geringen Schärfentiefe besonders bei Abbildung Im Auflicht geeignet, die Rauhigkeit der Probenoberfläche zu erfassen, wobei dieses Konfokalmikroskop so arbeitet, daß sowohl die x- odery- und die z-Koordinate variiert werden können.

Wilke (Feinwerktechnik und Meßtechnik, 94 (1986) Heft 2 März S. 103/104) charakterisiert eine polykristalline Siliclumoberfläche durch den DIC-Kontrast und den invertierten OBIC-Kontrast.

Ziel der Erfindung

Des Ziel der Erfindung besteht darin, eine Anordnung für eine Kombination eines Reflexionsellipsometers mit einem Auflicht-Laser-Rastermikroskop zu entwickeln, die ohne großen Zeitaufwand eine mikroskopische Beurteilung von Festkörperoberflächen hinsichtlich der Rauhigkeit ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ein.ache Anordnung für die Kombination eines Reflexions-Ellipsometers mit einem Auflicht-Laser-Rastermikroskop zu schaffen, die nur mit einer Laserlichtquelle arbeitet und die laser-rastermikroskopische Charakterisierung der Probenoberfläche sowohl bei großflächiger Ellipsometrie als auch bei Mikroellipsometrie gestattet. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das aus einer Laserlichtquelle austretende Licht nach Durchsetzen einer Lichtteileroptik, einer Aufweitungsoptik, einer Sammellinse fokussiert unter 45° auf einen Umlenkspiegel fällt der die Punktlichtquelle für ein Laser-Rasterreflexionsmikroskop bestehend aus einem Teilerspiegel, einem Objektiv, einer Probe und Fotodetektor mit kleiner Blende fällt. Die elektromechanische Verstelleinheit der Probe ist mit dem elektronischen Steuerrechner über einen Scan-Treiber elektrisch verbunden, der die rasterförmiße Bewegung der Probe unter dem feststehenden LicHtetrahl steuert.

Die von jedem Objektpunkt ausgehenden Lichtsignale gelangen über das Objektiv, den Teilerspiegel, dem Fotoempfänger und einen Analog-Digitalwandler in die elektronische Speichervorrichtung und werden über den elektronischen Steuerrechner auf den Monitor bildlich dargestellt. Ferner wird das Laserlicht durch die unmittelbar hinter dem Laseraustritt befindliche Teileroptik auf einen drehbaren Spiegel in >1io Beleuchtungseinrichtung eines Laser-Ellipsometers, bestehend aus λ/4-Plättchen, Polarisotor, weiterem λ/4-Plättchen (Kompensator) so auf die Probe gelenkt, daß sowohl der Strahleinfall unter vorzugsweise 45° oder 70" möglich ist und auch der gleiche Bere'ch der Probe vom beleuchteten Ellipsometerstrahl und beleuchtetem Auflicht-Laser-Rastermikroskop erfaßt werden. Das von der Probe reflektierte Ellipsometerlicht fällt über einen Analysator auf einen Fotodetektor.

Zum Wesen der Erfindung gehört weiterhin, daß mikroskopisches und ellipsometrisches Regime der Vorrichtung durch einen vom elektronischen Steuerrechner betätigten elektrooptischen Verschluß voneinander getrennt werden können. Weiteres Kennzeichen der Erfindung ist es, daß das Eilipsometer mit entsprechenden Blenden bzw. Optiken die ellipsomntrische Vermessung von Mikrobereichen erlaubt, wobei gleichzeitig ein laser-rastermikroskopischer Abbildungsbetrieb möglich ist, wobei eine automatische Auswertung der ellipsometrischen Messung vorgenommen werden kann.

Ausführungsbeispiel

Anhand eines Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

FIg. 1: Prinzipbau der Anordnung

Fig. 2: Variante der Anordnung nach Fig. 1

Das aus der Laserlichtquelle 1 austretende Licht wird nach Durchsetzen des halbdurchlässigen Spiegels 2 von der Optik 3 aufgeweitet und nach Passieren des elektrooptischen Verschlusses 4 auf den Umlenkspiegel 6 durch eine Linse 6 fokussiert. Das vom Fokiis 6 ausgehende Licht beleuchtet durch den Teilerspiegel 7 hindurch mittels des Objektivs 8 die einzelnen Objektpunkte der Probe 9. Das reflektierte Licht gelangt durch das Objektiv 8 und den Teilerspiegel 7 in den Fotoempfänger 10, der mit einer kleinen Blende versehen ist. Die vom Fotodetektor (SEV) empfangenden Signale der einzelnen Objektpunkte gelangen über den Analog-Digitalwandler 11 in den Bildspeicher 12 und werden über den elektronischen Steuerrechner 13 auf dem Monitor 14 bildmäßig dargestellt. Der Steuerrechner 13 organisiert über den Scantreiber 15 das Rasterregimo der Probe 9 mittels der elektromechanischen Verstelleinheit 16. über den Teilerspiegel 2 gelangt das Laserlicht auf den drehbaren Spiegel 17, der das Licht in den aus einem λ/4-Plättchen 18, Polarisator 19 und λ/4-Plättchon 20 bestehenden Beleuchtungsarm des Eilipsometers. Das reflektierte ellipsometrische Licht fällt auf den Analysator 21, auf den Fotodetektor 22 zwecks manueller oder rechentechnischer Auswertung

Der elektrooptische Verschluß 4 ist mit dem elektronischen Steuerrechner 13 elektrisch verbunden.

Claims

1. Anordnung zur Untersuchung von Oberflächenstrukturen mittels Kopplung eines Reflexionsellipsometers mit einem Laser-Auflicht-Rastermikroskop, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Laser (1), den Teilerspiegel (2) durchsetzende Licht auf eine Aufweitungsoptik (3) fällt und durch eine Optik (5) nach Passieren des elektrooptischen Verschlusses (4) auf den Umlenkspiegel (6) fokussiert wird, daß das vom Teilerspiegel (6) ausgehende Laserlicht die Probe (9) durch den Teilerspiegel (7) über ein Objektiv (8) beleuchtet, daß das von der Probe (9) reflektierte Licht über das Objekt (8) und den Teilerspiegel (7) durch den mit ener feinen Blende versehenen Fotodetektor (10) registrierte Licht über den A/D-Wandler (11) in den Bildspeicher (12) abgespeichert wird, daß über den elektronischen Steuerrechnei (13) auf den Monitor (14) bildlich dargestellt wird, daß das vom elektronischen Steuerrechner (1 J) über den Scan-Treiber (15) mittels der elektromechanischen Verstelleinheit (16) das Rasterregime organisiert wird, daß das vom Laser (1) ausgehende Licht über den Teilerspiegel (2) auf den drehbaren Umlenkspiegel (17) in den Beleuchtungsarm eines Eilipsometers, bestehend aus λ/4-Plättchen (18), Polarisator (19), weiteres λ/4-Plättchen (20) auf eine Probe (9) gelenkt und daß das von der Probe (9) reflektierte ellipsometrische Licht über den Analysator (21) und den Fotoempfänger (22) für die manuelle und rechentechnische Auswertung genutzt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der beleuchtete Laser (V) Teil der Beleuchtungsvorrichtung des Eilipsometers ist und daß durch den drehbaren Teilerspiegel (2') einmal die Beleuchtung der Probe (9) zwecks ellipsometrischer Vermessung erfolgt und andererseits durch den Teilerspiegel (2'), durch die Aufweitungsoptik (3'), den elektrooptischen Verschluß (4') und die Linse (5') der drehbare Spiegel (6') fokussiert beleuchtet wird, um die Beleuchtung der Probe (9) zwecks laserraster-Mikroskopischer Beurteilung zu gewährleisten.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrasterzeugung mittels OBIC-Mode erfolgt

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines elektrooptischen Verschlusses (4), der elektrisch mit dem elektronischen Steuerrechner (3) verbunden ist, wahlweise mit kombiniertem ellipsometrischem oder mikroskopischem Betrieb der Anlage gearbeitet werden kann oder nicht.

5. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eilipsometer mit Vorrichtungen (Blenden, Objekten) versehen ist, die eine Mikroellipsonietrie bei gleichzeitiger Laser-Raster-Mikroskopie ermöglichen

6. Anordnung nach Anspruchg 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Eilipsometer mit rotierendem Polarisator oder Analysator ausgerüstet ist.