DE19721045A1 - Verfahren zur Bestimmung von Brechungsindices und von Schichtdicken transparenter und absorbierender Schichten mittels der Spektroellipsometrie - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung von Brechungsindices und von Schichtdicken transparenter und absorbierender Schichten mittels der Spektroellipsometrie

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Uwe Dipl Phys Richter
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211—Ellipsometry

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Brechungsindices und von Schichtdicken transparenter und absorbierender Schichten mittels der Spektroellipsometrie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Ellipsometrie ist eine optische Methode zur Bestimmung von Schichtdicken und Brechungsindices dünner transparenter Schichten und wird zum Beispiel in der Halbleitertechnolo­ gie angewendet. Neben anderen ist eine Ellipsometeranord­ nung bekannt, bei der ein Polarisator, ein Kompensator, die zu untersuchende Probe und ein weiterer Analysator in Reihe angeordnet sind. Ein Ellipsometer mit diesem optischen Aufbau wird auch als PCSA-Spektroellipsometer bezeichnet. Als charakteristische Größen für die Bestimmung der Schicht­ dicke werden die durch die Probe hervorgerufene Phasenver­ schiebung Delta und die Achslage Psi der elliptisch polari­ sierten Strahlung ermittelt, wobei einmal ohne und einmal mit Kompensator gemessen wird.
Bei einem Einwellenellipsometer erzeugt der Kompensator eine Phasenverschiebung von genau 90°, wodurch mit dem Kompensator sin und ohne Kompensator cos gemessen wird. Durch Verrechnung dieser beiden Meßwerte kann eine Phasen­ verschiebung von Δ: 0 . . . 360° gemessen werden.
Bei einem PCSA-Spektroellipsometer, d. h., bei einem Mehrwel­ lenspektrometer liegt die mit dem Kompensator erzielte Phasenverschiebung nur ungefähr bei 90°. Üblicherweise liegt sie in einem Bereich von 70-120°. Wegen dieses großen Bereiches muß dieser nichtkonstante Kompensator für jede Wellenlänge abgeglichen werden. Dieser Vorgang ist umständlich und erfordert viel Zeit, z. B. beim Babinet-So­ leil-Kompensator.
Es sind PCSA-Spektroellipsometer bekannt, bei denen minde­ stens eine der oben genannten optischen Baugruppen rotiert (R.M.A. Azzam, Ellipsometric configuration and techniques, SPIE, VOL 276, Seiten 180-181). Bei Rotation des Kompensa­ tors wird ein Signal mit fünf unabhängigen Fourier-Amplituden erzeugt, die ausreichend sind, um vier Stokes-Parameter des reflektierten, vollständig oder teil­ weise polarisierten Lichts zu bestimmen, mit deren Hilfe die Achslage Psi und die Phasenverschiebung Delta bestimmt werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch bei Verwendung eines nichtidealen Kompensators eine schnelle Bestimmung, d. h. ohne Abgleichungsschritte, der Achslage Psi und der Phasenverschiebung Delta in Abhängigkeit von der Wellenlänge Lambda zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird das gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.
Bei einem Verfahren zur Bestimmung von Brechungsindices und von Schichtdicken transparenter und absorbierender Schich­ ten mittels der Spektroellipsometrie unter Verwendung eines Spektroellipsometers mit PCSA-Konfiguration, ist erfindungs­ gemäß vorgesehen, daß unter Verwendung eines nichtidealen Kompensators die Fourierkoeffizienten s1 C und s2 C gemessen werden und anschließend mittels der Gleichungen
die Werte cos 2ψ, cosΔ und sinΔ (θ≈90°) für die vier Werte s1 p, s2 p, s2 c und s2 c bestimmt werden und daß aus den daraus resultierenden Werten Δp, ψp und Δc, ψc mittels bekannter Beziehungen die Achslage ψ und die Phasenver­ schiebung Δ und damit die Schichtdicke bestimmt wird, wobei
A, D, L Gerätekonstanten, Cx eine verkürzte Schreibweise für cos(x) und Sx eine verkürzte Schreibweise für sin(x) be­ deuten.
Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß ohne aufwendiges Verstellen des Kompensators dessen nichtideale Eigenschaften noch während des Meßvorganges korrigiert werden und damit eine genaue und schnelle Bestimmung einer Schichtdicke möglich ist.
Die genannte Gerätekonstante A ist durch die Gleichung
A = C2P [C2G 2 + S2G 2 CT] + S2P S2G C2G (1-CT)
gekennzeichnet.
Weiterhin ist die Gerätekonstante D durch die Gleichung
D = S2P [S2G 2 + C2G 2 CT] + C2P S2C C2G (1-CT)
und die Gerätekonstante L durch die Gleichung
L = ST C2(G-P)
gekennzeichnet.

Claims (4)

1. Verfahren zur Bestimmung von Brechungsindices und von Schichtdicken transparenter und absorbierender Schichten mittels der Spektroellipsometrie unter Verwendung eines Spektroellipsometers mit PCSA-Kon­ figuration, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung eines nichtidealen Kompensa­ tors die Fourierkoeffizienten s1 C und s2 C gemessen werden und anschließend mittels der Gleichungen
die Werte cos 2ψ, cosΔ und sinΔ (θ≈90°) für die vier Werte s1 p, s2 p, s1 c und s2 c bestimmt werden und daß aus den daraus resultierenden Werten ψp, Δp und ψc, Δc mittels bekannter Beziehungen die Achslage ψ und die Phasenverschiebung Δ und damit die Schichtdicke bestimmt wird, wobei
A, D, L Gerätekonstanten, Cx eine verkürzte Schreib­ weise für cos(x) und Sx eine verkürzte Schreibweise für sin(x) bedeuten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gerätekonstante A durch die Gleichung
A = C2P [C2G 2 + S2G 2 CT] + S2P S2G C2G (1-CT)
gekennzeichnet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gerätekonstante D durch die Gleichung
D = S2P [S2G 2 + C2G 2 CT] + C2P S2C C2G (1-CT)
gekennzeichnet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gerätekonstante L durch die Gleichung
L = ST C2(G-P)
gekennzeichnet ist.
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WO2001094898A1 (fr) * 2000-06-09 2001-12-13 France Telecom Ellipsometre spectroscopique a faible bruit

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Title
R.M.A. Azzam, SPIE, Vol. 276, 180 (1981) *

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