DD283212A5

DD283212A5 - Optisches verfahren zur bestimmung der anzahl und des charakters von oberflaecheninhomogenitaeten

Info

Publication number: DD283212A5
Application number: DD32848389A
Authority: DD
Inventors: Peter Rotsch; Peter-Johannes Janietz
Original assignee: Univ Berlin Humboldt
Priority date: 1989-05-10
Filing date: 1989-05-10
Publication date: 1990-10-03

Abstract

Es wird ein Verfahren zur einfachen, schnellen und automatisierbaren Bestimmung der Anzahl und Dichte definiert streuender Objekte auf reflektierenden Oberflaechen und in transparenten Volumina vorgeschlagen. Dabei wird aus der Differenz des Streuintensitaetssignals bei unterschiedlicher Lage der drei Komponenten Lichtquelle, Detektor und zu messende Oberflaeche/zu messendes Volumen zueinander die Anzahl und Dichte dieser Objekte bestimmt.{quantitative Bestimmungen; Defektdichte; Halbleiter; A3B5; Streustrahlung; Partikel; definiert streuende Partikel; Detektor; transparenter Koerper; Versetzungsdichte}

Description

befinden, die Streuintensität von der Lage der drei Komponenten zueinander unabhängig. Beim Vorhandensein streuender Objekte wird die Streuintensität erhöht, wobei deren Intensität von den optischen Eigenschaften dieser Streuobjekte abhängt. Der Streuuntergrund ist bezüglich des Streuverhaltens ebenfalls nicht signifikant von der Lage der drei Komponenten des Meßsystems zueinander abhängig. Definiert streuende Objekte zeichnen sich vor allen anderen dadurch aus, daß die Streuintensität eines einzelnen Objekts in jeder Lage der drei Komponenten zueinander genau bekannt ist. Überraschenderweise ist diese Streuintensität sehr stark von der Lage der drei Komponenten zueinander abhängig, sie kann von einer regelrechten Unsichtbarkeit bis zum Überdecken der sonstigen Morphologie der Oberfläche reichen. Die gesamte Streuintensität und damit das gesamte Meßsignal setzt sich aus dem Streuuntergrund und dem durch die zu bestimmenden, definiert streuenden Objekte gestreuten Licht zusammen. Erfindungsgemäß kann aus den Streuintensitäten bei verschiedenen, signifikant unterschiedlichen Lagen der drei Komponenten des Meßsystems die Anzahl dieser Objekte dadurch bestimmt werden, daß die Differenz der gemessenen Streuintensitäten linear mit der Anzahl dieser Objekte zusammenhängt. Wenn 11 die Streuintensität bei der ersten Lage der drei Komponenten zueinander ist und I2 die einer weiteren Lage, dann gilt damit

I = 11 - I2,

wobei dann I proportional der Anzahl definiert streuender Objekte und ~ unter Berücksichtigung der gemessenen Oberfläche bzw. des gemessenen Volumens - der Dichte dieser Objekte ist.

Diese Messungen können zur automatischen Bestimmung der Dichte dieser definiert streuenden Objekte eingesetzt werden, in dem man schrittweise, unabhängig von der vorherigen Beschreibung, die Lage der drei Komponenten zueinander ändert, automatisch die Streuintensitäten erfaßt und auswertet, so das zu untersuchende Material abrastert und die Ergebnisse darstellt.

Erfindungsgemäß ist weiterhin, daß zur Bestimmung der Anzahl der definiert streuenden Objekte zwei bzw. mohr als zwei Lagen der drei Komponenten zueinander zur Datenerfassung benutz": werden, die Lichtquelle durch geeignete optische Teilersysteme in .hrer Wirksamkeit vervielfacht wird ind dabei mit der Anzahl viererfaßten Daten die Meßgenauigkeit zunimmt. Erfindungsgemäß ist weiterhin die Mcy^uhkeit, mehrere Detektoren oder Lichtquellen, die sich zueinander in geometrisch definierter Lage befinden, beispielsweise !n einer Ebene, bezogen auf das Meßobjekt, zur Erfassung der notwendigen Streuintensitäten zu nutzen. Hierbei i3t von besonderem Vorteil der deutlich geringere mechanische Aufwand. Erfindungsgemäß können, neben bereits vorhandenen, definiert streuenden Objekten, optisch nicht sichtbare Inhomogenitäten durch eine entsprechende Vorbehandlung, beispielsweise durch Anätzen, sichtbar und damit detektierbar gemacht werden. Dies betrifft gleichermaßen durch Relaxations- und Degradationsprozesse entstehende Materialinhomogenitäten.

Ausführungsbeispiel Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden.

Zur Prüfung der Eigenschaften eines (001 !-orientierten GaPiS-Verbindungshalbleiterplättchens ist die Versetzungsätzgrubendichte zu bestimmen. Dazu wird das Halbleiterplättchen 5min in 180°C heißer Phosphorsäure geätzt. Die Durchstoßpunkte von Versetzungen werden durch rechteckige, in [110)-Richtung orientierte Ätzgruben gekennzeichnet. Parallel dazu erscheinen jedoch auch die nicht zu berücksichtigenden Mikrodefektätzgruben. Auch bei sauberer Arbeitsweise läßt sich die Bildung von Ätz- und Lösungsmittelrückständen und das Auftreten von Staubteilchen verschiedenster Herkunft nicht vermeiden. _

Das Halbleit'tirplättchen wird nun aus den Richtungen (111), d. h. von schräg oberhalb der Querseite der Ätzgruben, und aus der [111] Richtung, d. h. von schräg oberhalb der Längsseite der Ätzgruben beleuchtet (s. Fig. 1). Die Differenz der aus 001-Richtung gemessenen Streuintensitäten hängt damit linear von der Versetzungsgrubendichte der gemessenen Fläche ab. In Figur 2 sind die Meßkurven der Streuintensität über das Halbleiterplättchen bei Beleuchtung aus [111] und aus [111 !-Richtung aufgetragen. Die Differenzkurve I korrespondiert mit der Dichte der Versetzungsätzgruben (EPD) der zu charakterisierenden Probe.

Claims

1. Optisches Verfahren zur Bestimmung der Anzahl und Dichte definiert streuender Objekte auf reflektierenden Oberflächen oder in transparenten Volumina bei hohem Streuuntergrund, gekennzeichnet dadu.ch, daß ein aus den drei Komponenten Lichtquelle, Detektor und zu messende Oberfläche bzw. zu messendes Volumen bestehendes System schrittweise oder kontinuierlich bezüglich einer oder mehrerer Komponenten bewegt zueinander und aus den gemessenen Streuintensitätssignalen durch Differenzbildung Anzahl und Dichte der definiert streuenden Objekte ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Bestimmung der Anzahl und Dichte der definiert streuenden Objekte zwei oder mehr als zwei Lagen der drei Komponenten zueinander gleichzeitig zur Meßwerterfassung benutzt werden oder daß eine optische Quelle durch geeignete optische Teilersysteme in ihrer Wirksamkeit erhöht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere Detektoren oder Lichtquellen, die sich zueinander in geometrisch definierter Lage befinden, vorzugsweise in einer Ebene, bezogen auf das Meßobjekt, zur Meßwerterfassung eingesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Größe des Lichtflecks durch den Einsatz von gebündelter Lampenstrahlung oder Laserstrahlung im Bereich von 1 /nm²-3cm², vorzugsweise 1 μιπ²-1 cm² variiert wird.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein einfaches Verfahren zur schnellen, automatisierbaren Bestimmung der Anzahl und Dichte definiert streuender Objekte. Die Erfindung findet Anwendung bei der Diagnose von Oberflächen- und Volumeninhomogenitäten, insbesondere von Halbleiteroberflächen.

Charakteristik des bekannten Stands der Technik

Bestimmungen tier_ lchte (Anzahl/Flächeneinheit) genau definierter Streuobjekte, insbesondere von Partikeln, Ätzgruben, Defekten auf strukturierten und unstrukturierten Halbleiteroberflächen sind für die verschiedensten Untersuchungen sowie Charakterisierungen der Oberfläche, besonders von Halbloitorplättchen, notwendig. Sehr oft werden die Abbildungen, beispielsweise mikroskopische Bilder, manuell ausgezählt. Dies ist, neben subjektiven Fehlern, sehr zeitaufwendig. Bei Massenauswertungen, beispielsweise Ätzgrubendichtebestimmungen an Halbleiterplättchen, können Bildauswertesysteme eingesetzt werden. Diese Auswertungen erfordern einen beträchtlichen Zeitaufwand, der apparative und materielle Aufwand ist erheblich. Zur Analyse der Scheibenverunreinigungen, insbesondere hinsichtlich von Partikeln, Schleiern und Defekten kommen besonders bei der VLSI-Technologie vollautomatisch arbeitende Lasergeräte zum Einsatz, auf deren Monitoren die Darstellung der Untersuchungsergebnisse in Form von Farbgrafiken, Kartierungen und Histogrammen dargestellt werden können (Surfscan 2000). Grundprinzip ist bei diesen direkten reflektometrischen Verfahren, daß das von den Streuzentren auf der Probenoberfläche außerhalb des Reflexionswinkels gestreute Licht gemessen wird. In der US-Patentschrift 4378169 wird eine Einrichtung beschrieben, die die Empfindlichkeit derartiger Messungen beträchtlich erhöht. Der wesentliche Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, daß trotz guter örtlicher Zuordnung eine Bestimmung oder Unterscheidung der Streuzentren, insbesondere der definiert streuenden Objekte, außer nach ihrem Streuquerschnitt, nicht möglich ist. Weiterhin sind diese integrierten Meßapparaturen außerordentlich teuer und erfordern einen hohen internen Rechenaufwand.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein einfaches Verfahren zur schnellen Bestimmung der Anzahl und Dichte von definiert streuenden Objekten bei hohem Störuntergrund auf reflektierenden Oberflächen und in transparenten Volumina.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus einer großen Anzahl von lichtstreuenden Objekten unterschiedlicher Natur auf einer reflektierten Oberfläche oder in einem transparenten Volumen die Dichte bestimmter, definiert streuender Objekte zu ermitteln, die sich von anderen Streuobjekten insbesondere durch diese spezielle Eigenschaft, d. h. durch die Richtungsabhängigkeit der Intensität des Streulichts unterscheiden. Ein optisches Meßsystem besteht im Allgemeinen aus den drei Komponenten Lichtquelle, Detektor und zu messendes Volumen bzw. zu messende Oberfläche. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die drei Komponenten schrittweise oder kontinuierlich zueinander bewegt werden. Dabei wird die Eigenschaft genutzt, daß die Streuintensität von der Morphologie abhängt, wobei die ideale Oberfläche bzw. das ideal transparente Volumen die geringste StreuwVkung aufweist. Dann ist, wenn sich Lichtquelle, Detektor und zu messendes Volumen bzw. zu messende Oberfläche nicht in einer dem Brechungs- bzw. Reflexionsgesetz entsprechenden Lage zueinander