DE1623319A1 - Vorrichtung zur Bestimmung der Dicke von luftdurchlaessiegen Schichten - Google Patents

Description

• @Vorrichtung zur Bestimmung der Dicke von luftdurchlässigen Schichten" Die vorliegende erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Dicke von lichtdurchlässigen Schichten mit einer Interferenz-Methode, bei der die Lichtst, rahlen einen vorgegebenen Weg nehmen.
• Eine Me#vorrichtung dieser Art gewinnt besonders bei der Entwicklung und Herstellung von Halble#erbauelementen große Bedentung, da hier häufig sehr dünne Schichten aus lichtdurchlässigen isolierenden Materialien gemessen werden müssen.
• Es handelt sich dabei beispielsweise um Schichten aus-Silizii-dioxyd auf Silizium- oder Germanium-Kristallen, wobei die Dicke dieser Schichten teilweise oft nur 10 nm beträgt.
• Es ist bereits eine Vorrichtung zur Messung dünner Schichten bekannt, bei der monochromatisches Licht durch das Objektiv eines Auflichtmikroskopes auf die zu messende Schicht trifft.
• Gangunterschiede zwischen dem an der Oberfläche und dem an der Rückseite der Schicht reflektiertem Licht führen zu Interferenzerscheinungen. Die durch die Interferenz beeinflußte Intensität des reflektierenden Lichtes -wird dann im Strahlengang des Mikroskops durch einen Photowiderstand gemessen.
• Nach aus der Optik bekannten Gleichungen läßt sich dann hieraus die Schichtdicke berechnen. Allzu genaue Heßergebw nisse kann jedoch diese Vorrichtung nicht liefern, da besonders durch die nicht achsennahen Strahlen starke Verfälschungen der Meßergebnisse auftreten. Uberdies ist eine Messung von sehr kleinen Strukturen mit dieser Vorrichtung wegen der schlechten Lichtausbeute nahezu ganz unmöglich.
• Die vorliegende Erfindung betrifft im Gegensatz dazu eine Vorrichtung, die ebenfalls nach einer Interferenz-Methode arbeitet, jedoch die oben genannten Nachteile nicht aufweist.
• Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet1 daß für das oei der Messung verwendete Licht der Weg wenigstens teilweise durch einen Leiter mit lichtleitenden Eigenschaften vorgegeben ist.
• Der wesentliche Vorteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß sie eine Dickenmessung von lichtdurchlässigen Schichten selbst bei sehr kleinen Strukturen mit hoher Genauigkeit und guter Lichtausbeute zuläßt.
• Beispielsweise ist die erfindungsgemä#e Verrichtung so ausgeführt, da# mit diesem Lichtleiter für das von der Quelle auf die Meßprobe auftreffende'Licbt - die Meßprobe kann dabei aus dem eigentlichen Meßobjekt oder einem Vergleichsobjekt bestehen - und für das von dort reflektierte Licht optisch voneinander unabhängige Lichtwege bestimmt werden, Um eine Vergleichsmessung zu ermöglichen, wird dann diese Vorrichtung beispielsweise in -doppelter Ausführung vorgesehen sein. Ein Me#system dient dann zur Bestimmung des eigentlichen Meßobjektes, der lichtdurchlässigen Schicht auf einem Trägerkörper, während das andere System gleichzeitig die Vergleichsmessung gestattet. Die Intensität des reflektierenden Lichtes wird dann beispielsweise in beiden Systemen mit je einem Photometer bestimmt, wobei jedoch auch andere Ausführungsformen durchaus denkbar sind. So kann zum Beispiel bei Verwendung einer speziellen Umschaltvorrichtung einem für beide Systeme gemeinsamen Photometer wechselweise das vom Meßobjekt und das vom Vergleichsobjekt reflektierte Licht zur Messung angeboten werden. Selbstverständlich werden bei diesen Vorrichtungen Vergleich- und Meßobjekt von einer einzigen Lichtquelle bestrahlt, so daß Intensitätsschwankungen der Lichtquelle selbst durch die Vergleichsmessung kompensiert werden.
• Die vorliegende Erfindung wird anhand der Figuren 1 bis 4 im folgenden näher erläutert.
• Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist die Vorrichtung nach der Erfindung so atfgebaut, daß das Licht der -Quelle 1 von der Linse 2 gebiindelt wird. Dabei ist der Schnittpunkt für die gebündelten Lichtstrahlen so gewählt, daß er auf der Stirnfläche 3 des Lichtleiters 4 liegt.
• Über diesen Lichtleiter gelangt der Lichtstrom an die Meßprobe, die aus dem Körper 5 mit der lichtdurchlässigen Schicht 6 besteht. Oft ist es auch zweckmäßig eine Vergleichsmessung durchzuführen, wobei dann beispielsweise ein Körper aus dem gleichen Material wie der Körper 5, Jedoch ohne die Schicht 6, als Meßobjekt dient. Der vom Meßobjekt reflektierte Lichtstrahl wird dann über den Lichtleiter 7 der Photodiode 8 zugeführt, die hierbei als Photometer verwendet wird. Da für die Messung monochromatisches Licht benötigt wird, ist im Strahlengang das Filter 9 vorgesehen, das aus dem von der Lichtquelle dargebotenen Spektrum die für die Messung gewünschte Wellenlänge herausfiltert. Es sei noch erwähnt, daß sich bei dieser Vorrichtung zur Lichtübertragung sogenannte faseroptische Lichtleiter besonders gut eignen.
• Figur 2 zeigt im Prinzip die gleiche Vorrichtung wie Figur 1, Jedoch erlaubt sie mit ihren zwei Meßsystemen, daß neben der eigentlichen Schichtdickennissung gleichzeitig eiiie Vergleichsmessung durchgeführt wird. Das für die Messung benötigte Licht liefert hierbei die Lichtquelle lo, deren Strahlung mit einer Linse 11 wieder so gebündelt ist, daß der Schnittpunkt des gebündelten Lichtes auf der Stirnfläche 12 der beiden Lichtleiter 13 und 14 liegt. Über den Leiter 13 gelangt das Licht auf das Meßobjekt, dem Körper 15 mit der lichtdurchlässigenSchicht 16. Ebenso wird das Vergleichsobjekt über den Leiter 14 bestrahlt. Die reflektierten Lichtstrahlen gelangen dann über die Leiter 18 bzw. 19 an die Photometer 20 und 21. Auch hier eignen sich als Photometer sämtliche photo-elektrische Bauelemente, wie Photodioden, Phototransistoren oder Photowiderstände. Zur Erzeugung des monochromatischen Lichtes dient wieder ein Filter 22. Bei dieser Ausfdhrungsform der erfindungsgémä#en Vorrichtung können zur Lichtübertragung wiederum die sogenannten faseroptischen Lichtleiter in besonders vorteilhafter Weise eingesetzt werden. Denn die Anordnung der einzelnen Fasern kann dabei so gewählt sein, daß beispielsweise in der in Figur 1 gezeigten Me#anordnung die Fasern der Leiter 4-und 7 an ihren Enden in der Nähe des Meßobjektes zu einem gemeinsamen Bündel zusammengefaßt Sind. In gleicher Weise gilt dieses beim Ausführungsbeispiel in Figur 2 für die Leiter 13 und 18 in der Nähe des Meßobjektes, für die Leiter 14' und 19 in der Nähe des Vergleichsobjektes rrnd außerdem für die Leiter 13 Itnd 14 an ihrer gemeinsamen Stirnflache 12. Durch diese konstruktive Maßnahme lassen sich die Lichtverluste nochmals wesentich verringern.
• Außerdem ist bei Verwendung von faseroptischen Lichtleitern eine Querschnittswandlung des Lichtstrahles durch eine entsprechende Anordnung der einzelnen Lichtleitfasern auf einfache Weise möglich, was dann bei Meßvorrichtungen, mit denen auch kleinste Strukturen gemessen werden sollen, die erforderliche hohe Ausbeute für das von der Quelle ausgesandte und das vom Meßobjekt reflektierte Licht sicherstellt. Denn soll beispielsweise die Dicke eines sehr schmalen Streifens dieser lichtdurchlässigen Schicht bestimmt werden, zum Beispiel eine streifenförmige Isolierschicht auf einem fertiggestellten Transistor, so wird hierbei der Lichtleiter verwendet, der an seinem einen Ende durch eine entsprechende Anordnung der Fasern dem Meßobjekt angepasst ist, um so möglichst dessen gesamte Oberfläche zu erfassen und somit die maximale Lichtausbeute zu erhalten. Damit ergibt sich bei dieser streifenförmigen Struktur des Me#objektes ein Licht leiter, wie er beispielsweise in der Figur 4 gezeigt ist, der an seinem einen Ende einen rechteckförmigen und an einem anderen Ende einen kreisförmigen Querschnitt aufweiset. Eine ähnliche Gestaltung des Lichtleiters ist beispielsweise auch dann vorteilhaft, wemS die lichtempfindliche Oberfläche des Photometers eine Formgebung aufweist, die von der des kreisförmigen Lichtleitdurchemssers stark abweicht. Selbstverständlich können auch hier die Fasern analog zu Figur 3 in der Nähe der Meßprobe und gegebenenfalls auch in der Nähe der Lichtquelle zu einem Bünden zusammengefaßt sein, wobei die Querschnittsform dann den Umständen entsprechend gewählt ist.

Claims (7)

1. P a t e n t a n s p r ü 6 h e 1) Vorrichtung zur Bestimmung der Dicke von lichtdurchlässigen Schichten mit einer Interferenz-Methode, bei der die Lichtstrahlen einen vorgegebenen Weg einnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß für das bei der Messung verwendete Licht der Weg wenigstens teilweise durch einen Leiter mit lichtleitenden Eigenschaften vorgegeben ist.
2. 2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Leiter optisch voneinander getrennte Lichtwege für das von der Lichtquelle ausgesandte und das von der Meßprobe reflektierte Licht bestimmt.
3. 3) Vorrichtung nach anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da# zur Ermöglichung einer Vergleichsmessung diese Vorrichtung in doppelter Ausführung vorgesehen ist, wobei ein Meßsystem zur Bestimmung des Meßobjektes und das andere zur Bestimmung des Vergleichsobjektes dient, und daß beide Systeme das für die Messung benötigte Licht von einer einzigen Lichtquelle erhalten.
4. 4) Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sogF nannte faseroptische Lichtleiter vorgesehen sind.
5. 5) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern der Lichtleiter zur Übertragung des von der Lichtquelle ausgesandten und des von der Meßprobe reflektirten Lichtes wenigstens an ihren Enden in der Nähe der Meßprobe zu einem gemeinsamen Bündel zusammengefaßt sind.
6. 6) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter durch eine unterschiedliche Anordnung der Fasern an beiden Leitungsenden eine Querschnittsänderung aufweist.
7. 7) Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung von einem kreisförmigen auf einen rechteckförmigen Querschnitt vorliegt.