DE3931213C2

DE3931213C2 -

Info

Publication number: DE3931213C2
Application number: DE19893931213
Authority: DE
Inventors: Winfried Dipl.-Chem. Dr. Ach At Lang; Franz Dr. 8261 Emmerting De Kuhn-Kuhnenfeld; Hans-Adolf Dipl.-Ing. Gerber (Fh), 8263 Burghausen, De; Werner Dipl.-Ing. Zipf (Fh), 8266 Toeging, De
Original assignee: Wacker Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 1989-09-19
Filing date: 1989-09-19
Publication date: 1993-06-03
Also published as: DE3931213A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur interferometrischen Messung der Ebenheit von beidseitig Oberflächen geringer Rauhigkeit aufweisenden Halbleiterscheiben, insbesondere Silicium scheiben.

Mit der steigenden Miniaturisierung und Erhöhung der Packungsdichte bei der Herstellung von elektronischen Bau elementen werden auch die Anforderungen an die geometrische Qualität der als Ausgangsmaterial eingesetzten Halbleiterscheiben, insbesondere Siliciumscheiben immer strenger. Eine wichtige geometrische Kenngröße neben z. B. der Scheibendicke, der Welligkeit oder der Scheibendurchbiegung ("bow" oder "warp") ist die Ebenheit ("flatness") der Scheiben, d. h. die Abwei chung der realen polierten Oberfläche von einer idealen ebenen Oberfläche. Der Ebenheit kommt bei der immer feineren Auflösung der in der Photolithographie eingesetzten Linsen systeme eine steigende Bedeutung zu. Insbesondere gilt dies für die zunehmend verbreitete "Stepper"-Technik, bei der nicht mehr die gesamte Scheibe auf einmal belichtet wird, sondern schrittweise aufeinanderfolgend jeweils ein bestimm tes Belichtungsfeld separat fokussiert und abschnittsweise bestrahlt wird.

Der Vorteil dieser Technik liegt darin, daß innerhalb sol cher kleiner Felder die Ebenheitsabweichungen verständli cherweise geringer sind als auf der Gesamtscheibe. Die für die Spezifikation von Scheiben für die "Stepper"-Belichtung herangezogenen Ebenheitswerte beziehen sich daher in der Regel auf die "lokale" Ebenheit eines Scheibenausschnittes oder Feldes bestimmter Größe, wobei in der Regel Felder von 15×15 mm² Fläche herangezogen werden. Zumeist werden dann die Werte für die lokale Dickenvariation (LTV), die lokale Ebenheitsabweichung (STIR) und die lokale Fokusebenenabwei chung (SFPD) angegeben.

Dabei entspricht die lokale Dickenvariation LTV ("local thickness variation") dem Absolutbetrag der Differenz des maximalen und minimalen Dickenwertes eines Feldes ("site") aus einer Vielzahl von Punktmessungen. Als Referenzebene dient eine Ebene parallel zur Scheibenrückseite bei Lage der Scheibe auf dem ebenen Vakuumprobenhalter im angesaugten Zustand. Die lokale Ebenheitsabweichung STIR ("site total indicator reading") ist die Summe der maximalen positiven und maximalen negativen Abweichung der Scheibenoberfläche von der Referenzebene aus einer Vielzahl von Messungen innerhalb eines Feldes. Die Referenzebene ist die bestmögli che ebene Flächenanpassung der Scheibenvorderseite bei Lage der Scheibe auf dem Vakuumprobenhalter im angesaugten Zustand. Die lokale Fokusebenenabweichung SFPD ("site focal plane deviation") entspricht dem im Betrag größeren Wert der maximalen positiven oder maximalen negativen Abweichung der Scheibenoberfläche von der lokalen Referenzebene aus einer Vielzahl von Punktmessungen innerhalb eines Feldes, wobei dieser Wert positiv oder negativ sein kann. Als lokale Referenzebene dient eine durch den Mittelpunkt des jeweili gen Feldes gelegte und zur globalen Referenzebene parallele Ebene. Letztere ist die Regressionsebene zur Scheibenvorder seite (best fit plane) der auf einem ebenen Vakuumprobenhal ter angesaugten Scheibe. Ein typisches Beispiel für ein solches Wertetripel eines bestimmten Einzelfeldes einer Scheibe ist etwa LTV=0.6 µm, STIR=0.5 µm, SFPD=0.3 µm. Die Meßfehler sind bei solchen lokalen Ebenheitswerten zwar absolut etwas geringer, relativ gesehen aber deutlich höher als bei den auf die Gesamtscheibe bezogenen Angaben. Dies gilt vor allem deswegen, weil meist der höchste auf der Scheibe vorkommende Wert spezifiziert wird, so daß die Scheibe durch das unebenste Einzelfeld repräsentiert wird.

Bei den bekannten Ebenheits-Meßgeräten kann zwar eine Auflö sung von 0.1 µm erzielt werden, während jedoch selbst bei sorgfältiger Justierung die Genauigkeit nur so weit gestei gert werden kann, daß die Schwankungsbreite im Größenbereich der zu erfassenden Meßwerte liegt. Dies trifft sowohl für die bekannten auf interferometrischen als auch auf kapaziti ven Meßmethoden basierenden Geräte zu. Bei ersteren wird die Messung interferometrisch mittels eines senkrecht oder schräg einfallenden, von der Scheibenoberfläche reflektier ten Lichtstrahles vorgenommen, wobei die Oberfläche mit einer Referenzfläche verglichen wird. Bei letzteren wird mit Hilfe von zwei Sonden bekannten Abstands kapazitiv durch gleichzeitige Messung von beiden Seiten die Scheibendicke ermittelt. Bei den interferometrisch messenden Geräten hängt die Qualität der Messung stark von der Ebenheit der Refe renzfläche und der ebenen Position der Scheibe im angesaug ten Zustand ab und wird überdies auch durch Partikel zwischen dem Vakuumaufnehmer, der die Scheibe bei der Mes sung hält, und der Scheibenoberfläche beeinflußt. Bei den kapazitiven Geräten wird das Meßergebnis häufig durch man gelnde Linearisierung der Sonden, durch Feldverzerrungen im Scheibenrandbereich und/oder durch unterschiedliche Dotier stoffkonzentrationen im Scheibeninneren verfälscht. Bei beiden Methoden werden die Scheiben üblicherweise mit Vakuumaufnehmern gehalten und sind damit der Gefahr von Kratzerbildung und Kontamination ausgesetzt.

Die Aufgabe der Erfindung lag darin, ein Meßverfahren anzu geben, das die genannten Nachteile nicht aufweist und es ermöglicht, beidseitig Oberflächen geringer Rauhigkeit aufweisende und insbesondere beidseitig polierte Scheiben zu vermessen, ohne daß sie mit Vakuumaufnehmern gehalten werden müssen und dadurch der Gefahr des Verkratzens oder der Verfälschung der Messung durch Verformung ausgesetzt sind.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur interferometrischen Messung der Ebenheit von beidseitig Oberflächen geringer Rauhigkeit aufweisenden Halbleiterscheiben, insbesondere Siliciumscheiben, mit folgenden Merkmalen:

a) die zu vermessende Halbleiterscheibe wird in eine Meßposition im Strahlengang einer das Halbleitermaterial durchdringenden, zum Hervorbringen von Interferenzphänomenen geeigneten elektromagnetischen Strahlung gebracht, deren Wellenlänge groß ist gegenüber den durch die Rauhigkeit der beiden Oberflächen der Halbleiterscheibe bedingten unterschiedlichen Weglängen der Strahlung zwischen den beiden Oberflächen,
b) in der Meßposition werden nacheinander in mindestens drei unterschiedlichen Phasenlagen von der Scheibendicke abhängig Interferenzen zwischen der Vorder- und der Rückseite der Scheibe erzeugt,
c) das dabei im Strahlengang der von der Halbleiter scheibe reflektierten oder diese durchlaufenden Strahlung sich ausbildende Interferenzmuster werden erfaßt,
d) aus den erfaßten Interferenzmustern wird die Topogra phie der Scheibenoberfläche ermittelt.

Das Verfahren eignet sich zur Untersuchung von solchen Halbleiterscheiben, insbesondere Siliciumscheiben, bei denen die Rauhigkeit der einander gegenüberliegenden Oberflächen so gering ist, daß es beim Einwirken geeigneter Strahlung zur Ausbildung von Interferenzphänomenen kommen kann. Letztlich müssen also die durch die Rauhigkeit bedingten unterschied lichen Weglängen der Strahlung zwischen den beiden Oberflä chen klein sein gegenüber der Wellenlänge der eingesetzten Strahlung. Diese Voraussetzung wird beispielsweise von beidseitig polierten Scheiben erfüllt, bei denen in der Regel beide Oberflächen spiegelnd auspoliert sind. Daneben kann das Verfahren auch zur Untersuchung von durch Polier- oder Glanzätzen auf die erforderliche Oberflächenqualität gebrachten Scheiben eingesetzt werden. Weiterhin ist der Einsatz bei der Vermessung von epitaktisch beschichteten Scheiben denkbar, sofern die Oberflächen nicht in zu starkem Maße gestört sind. Grundsätzlich läßt sich an Hand von Vorversuchen leicht abschätzen, ob die Oberflächenqualität ausreichend hoch ist.

Das Verfahren wird an Hand der Figur näher erläutert, in welcher schematisch eine zu seiner Durchführung geeignete Vorrichtung dargestellt ist.

Die Figur zeigt eine Strahlungsquelle 1, in welcher eine geeignete elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, die beispielsweise in Form eines Strahles 2 die Strahlungsquelle verläßt. Geeignete elektromagnetische Strahlungen sind solche, deren Wellenlänge in dem Spektralbereich liegt, für den das jeweilige Halbleitermaterial durchlässig ist, deren Wellenlänge groß ist gegenüber den durch die Rauhigkeit der beiden Oberflächen der Halbleiterscheibe bedingten unter schiedlichen Weglängen der Strahlung zwischen den beiden Oberflächen und die außerdem genügend monochromatisch und kohärent ist, um Interferenzphänomene hervorbringen zu können. Die Durchläs sigkeitsbereiche der gängigen Halbleitermaterialien wie etwa Silicium, Germanium, Galliumarsenid oder Indiumphosphid sind bekannt und können Tabellenwerken wie etwa dem "Handbook of Optical Solids", edited by Edward D. Palik, Academic Press, Inc., 1985, entnommen werden. Beispielsweise ist Silicium als derzeit meistgebrauchtes Halbleitermaterial für Infra rotstrahlung mit Wellenlängen oberhalb etwa 0.9 µm durchläs sig. Folglich ist für die Untersuchung von Siliciumscheiben elektromagnetische Strahlung geeignet, deren Wellenlänge oberhalb dieses Wertes liegt.

Strahlung der erforderlichen Kohärenz und Monochromatizität kann günstig mit Hilfe von Lasern erzeugt werden. Im für Silicium am besten geeigneten infraroten Wellenlängenbereich stehen dafür beispielsweise HeNe-Laser mit einer Wellenlänge von 1.15 µm oder Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1.06 µm oder 1.32 µm als monochromatische Infrarotlichtquellen zur Verfügung. Bevorzugt werden die Laser bei der Messung im Dauerstrichbetrieb gefahren.

Der die Strahlungsquelle verlassende Strahl 2 wird mit Hilfe eines, zweckmäßig einstellbaren, optischen Systems 3, beispielsweise mittels einer Aufweitungslinse 4 und eines Kollimatorsystems 5, auf die erforderliche Ausdehnung gebracht und parallel gemacht, so daß schließlich ein geeigneter Meßstrahl 6 zur Verfügung steht. Die Aufweitung des Strahles kann dabei gegebenenfalls durch Verstellen des Systems je nach Meßproblem verändert werden, beispielsweise wenn bestimmte Teilbereiche der Scheibe, die gesamte Scheibe, oder Scheiben bzw. Teilbereiche wechselnden Durch messers zu vermessen sind. Dabei kann in der Regel auf aufwendige optische Komponenten verzichtet werden, da erfahrungsgemäß keine hohe Strahlenkonvergenz erforderlich ist.

Beim eigentlichen Meßvorgang wird im Strahlengang des jeweils eingestellten Meßstrahles 6 die zu vermessende Scheibe 7 zunächst in die Meßgrundposition gebracht. Diese kann so gewählt werden, daß der Meßstrahl unter senkrechtem Einfallswinkel auf die Scheibenoberfläche auftrifft. Bevor zugt wird jedoch für die Grundposition ein von der Senkrech ten abweichender Einfallswinkel eingestellt, wobei sich der Winkelbereich von ±1° bis ±50°, vorzugsweise ±2° bis ±20° als günstig erwiesen hat, da in diesem Bereich eine gering fügig fehlerhafte Ausgangsorientierung der Scheibe erfahrungsgemäß das Meßergebnis wenig beeinflußt.

Durch die in den Strahlengang eingebrachte, beidseitig polierte Scheibe entstehen Interferenzen, die aufgrund des mit der Scheibendicke variierenden Abstandes zwischen der Vorder- und der Rückseite letztlich in verschiedenen Berei chen der Scheibe, je nach den Dickenverhältnissen, zu einer Verstärkung, Schwächung oder Auslöschung der Strahlung führen. Der Grundposition der Scheibe im Strahlengang ent spricht somit auch ein bestimmtes Interferenzmuster.

Der eigentliche Meßvorgang beruht darauf, daß die Phasenlage der Strahlung beeinflußt wird. Eine solche Beeinflussung der Phasenlage kann beispielsweise bei unverän derter Position der Scheibe durch eine definierte Verschie bung der Wellenlänge erzielt werden. Bevorzugt wird eine Änderung des Einfallswinkels vorgenommen, z. B. durch Schwen kung der Scheibe oder des optischen Systems 3 oder andere eine Winkeländerung des einfallenden Strahlenganges bewirk ende Maßnahmen. Die Beeinflussung bzw. Verschiebung der Phasenlage der Strahlung führt zu veränderten Interferenzbedingungen und entsprechend zur Ausbildung unterschiedlicher Interferenzmuster.

Das jeweils erzeugte Interferogramm kann beispielsweise auf einer in den Strahlengang der die Halbleiterscheibe verlassenden Strahlung gebrachten Mattscheibe 8 erfaßt und gegebenenfalls auch beobachtet werden. Wird im nicht sichtbaren Wellenlän genbereich des Spektrums gearbeitet, kann das Interferenz muster beispielsweise mit Hilfe von Bildwandlern sichtbar gemacht werden. Dazu eignet sich beispielsweise eine vor teilhaft senkrecht auf die Mattscheibe gerichtete, im ver wendeten Wellenlängenbereich, wie etwa dem Infraroten, wirksame Kamera 9, mittels derer die entsprechenden Signale aufgezeichnet und z. B. an eine Bildverarbeitungseinheit 10 weitergegeben werden, wo sie entsprechend transformiert und beispielsweise auf einem Bildschirm 11 im Sichtbaren darge stellt werden können. Grundsätzlich ist es jedoch nicht zwingend vorgeschrieben, eine Mattscheibe dazwischenzuschal ten, da es im allgemeinen möglich ist, die die Scheibe verlassende Strahlung und damit das Interferenzmuster direkt mit geeigneten Geräten, z. B. photographischen oder insbeson dere elektronischen Kameras zu erfassen.

Bevorzugt wird dabei in der dargestellten Weise der die Scheibe durchdringende Strahl ausgewertet (Durchlicht- Messung), obwohl grundsätzlich auch mit von der Scheibe reflektierten Strahlen gearbeitet werden kann. Die letztge nannte Methode ermöglicht hohe Lichtausbeuten und einen kompakten Aufbau des Gerätes. Hingegen zeichnet sich die Durchlichtmessung durch einfachen Aufbau und die Möglichkeit aus, wenig aufwendige optische Komponenten einzusetzen.

Vorteilhaft wird bei der Erfassung die Mattscheibe im wesentlichen parallel zu der Scheibe ausgerichtet, um Ver fälschungen des Meßergebnisses durch Verzerrungen zu vermei den. Ein deutlicheres und schärferes Interferenzbild läßt sich in manchen Fällen erhalten, wenn die Mattscheibe während des Meßvorganges eine leichte Oszillationsbewegung ausführt. Damit können beispielsweise die nachteiligen Auswirkungen grober Körnungen der Mattscheibe auf die Bild qualität verringert werden.

Das auf der Mattscheibe erscheinende oder aufgenommene und mittels elektronischer, photographischer oder druck technischer Medien dargestellte Bild der Scheibe zeigt eine charakteristische Abfolge von hellen und dunklen Interfe renzstreifen, die sich bei einer Veränderung der Stellung der Scheibe im Strahlengang in charakeristischer Weise ändern. Diese Interferenzstreifen spiegeln letztlich, in der Art der aus der Kartographie bekannten Höhenlinien, den Verlauf von Zonen gleicher Scheibendicke im untersuchten Bereich wider. In Abhängigkeit von der Wellenlänge der eingesetzten Strahlung läßt sich errechnen, welcher Dicken differenz der Scheibe jeweils benachbarte Interferenzstrei fen entsprechen. Die Verlagerung der Streifen bei Änderung der Scheibenposition gibt an, ob es sich um eine Dickenver größerung oder Dickenverkleinerung, also die Ausbildung von Erhöhungen oder Vertiefungen in der Scheibenoberfläche handelt. Wird beispielsweise die Scheibe langsam im Bereich von Winkelminuten von der Normalen weg gedreht, so laufen bei Erhöhungen die Interferenzstreifen konzentrisch zusam men, bei Vertiefungen jedoch auseinander. Aus den Interfe renzmustern und ihren Veränderungen kann damit die Dickenvariation und letztlich also die Topographie der Scheibe ermittelt werden.

Werden beispielsweise beidseitig polierte Siliciumscheiben, deren Brechzahl etwa 3.5 beträgt, mit einer Strahlung der Wellenlänge 1.06 µm vermessen, so ergibt sich ein Dicken unterschied von Interferenzstreifen zu Interferenzstreifen von ca. 0.15 µm. Bei einer Dickenvariation der Scheibe im Bereich von etwa 1 µm lassen sich daher zwischen höchster und niedrigster Erhebung sechs bis sieben Interferenzstrei fen beobachten, was einer ausgezeichneten und den bisher bekannten Methoden überlegenen Auflösung entspricht.

Die Auswertung der Interferogramme kann in verschiedener Weise durchgeführt werden. Eine überschlägige und mehr quali tative Beurteilung des Dickenverlaufes kann beispielsweise visuell erfolgen, indem die Interferenzstreifen abgezählt und aus ihrem Verlauf bei leichtem Schwenken der Scheibe bzw. des optischen Systems ihre Zuordnung zu Erhöhungen oder Vertiefungen vorgenommen wird. Bei diesem Verfahren werden letztendlich unendlich viele Phasen der Strahlung zur Inter ferenzerzeugung herangezogen.

Ein anderes insbesondere für die rechnergestützte Auswertung günstiges Meßverfahren besteht darin, von der Scheibendicke abhängige Interferenzmuster zu erfassen, die nacheinander in mindestens drei unterschiedlichen Phasenlagen zwischen der Vorder- und der Rückseite der Halbleiterscheibe erzeugt werden.

Bei jeweils genau definierter Position der Halbleiterscheibe werden die erfaßten Interferenzmuster in einem Rechner aufbereitet und gespeichert. Dabei kann je Phasenlage nur ein Interferogramm aufgenommen werden oder aber auch mehrere, aus denen dann ein Datensatz abgeleitet wird, beispielsweise wenn Schwankungen der Strah lungsquelle herausgemittelt werden sollen. Aus dem erhalte nen Datensatz läßt sich dann rechnergestützt beispielsweise mittels eines von anderen interferometrischen Verfahren her bekannten Phasenschiebeverfahrens die jeweilige Phasenlage errechnen und damit auf die Topographie der Scheibe schlie ßen (vgl. hierzu z. B. den in der Zeitschrift "Technisches Messen tm", 54. Jahrgang, Heft 6, 1987, S. 221-230, erschie nenen Artikel von H.J. Tiziani, "Rechnergestützte Laser- Meßtechnik" und die dort zitierte Literatur). Daraus können auch - ausreichende Rechnerkapazität vorausgesetzt - bei entsprechender Aufbereitung des Datensatzes, die eingangs genannten verschiedenen die Ebenheit der Scheibe charakteri sierenden Kennwerte ermittelt werden.

Die bei der mit einer Schwenkbewegung der Scheibe verbunde nen Ausführungsform des Verfahrens insbesondere erforderli che äußerst genaue Positionierung und präzise Lageveränderung der Scheibe läßt sich beispielsweise mittels verstellbarer Systeme wie Dreh-, Kipp- oder Neigungstische erreichen. Zweckmäßig werden die Bewegungen über Piezoele mente oder Schrittmotoren ausgeführt und über den Rechner gesteuert, obwohl grundsätzlich auch ein Betrieb von Hand möglich ist. Gleich hohe Genauigkeitsanforderungen bestehen auch, wenn die Phasenveränderung auf andere Art vorgenommen wird.

Bevorzugt werden für die Halterung der Scheibe in der Meßpo sition solche Haltevorrichtungen verwendet, die am Außenum fang der Scheibe angreifen, so daß die gesamte Scheibenfläche der Messung zugänglich ist. Dafür lassen sich die von der üblichen Scheibenhandhabung her bekannten Rand greifsysteme einsetzen. Grundsätzlich ist jedoch, trotz mancher Nachteile wie der Gefahr der Kratzerbildung und des Schattenwurfes, auch der Einsatz von an einer Scheibenfläche angreifenden Halterungen, wie etwa Vakuumaufnehmern, nicht ausgeschlossen. Dies gilt insbesondere für die Fälle, in denen das Interferogramm im von der Scheibe reflektierten Strahl erfaßt wird.

Gegebenenfalls kann die Bildqualität und damit die Meßge nauigkeit weiter gesteigert werden, indem durch das Ein schalten von Hilfsmitteln wie Modenblenden, Strahlfiltern oder Diffusoren in den Strahlengang die Eigenschaften der eingesetzten Strahlung weiter verbessert werden. Diese Hilfsmittel sind jedoch dem Fachmann bekannt und bedürfen daher keiner weiteren Erläuterung. Ihr möglicher Einsatz richtet sich nach der vom jeweiligen Meßproblem geforderten Genauigkeit.

Die Hauptvorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen, neben der bereits genannten Möglichkeit zur berührungslosen Messung, darin, daß eine hohe Auflösung erzielt wird, daß keine aufwendige Justierung nötig ist, daß sich insbesondere qualitativ leicht durch Abzählen die Scheibendickenvariation abschätzen läßt, und daß die Messung, da sie letztendlich nur von der verwendeten Lichtwellenlänge abhängt, auch zur Kalibrierung anderer Geräte dienen kann. Des weiteren sind keine Referenzscheiben nötig, und eine hohe Meß- und Betriebssicherheit im Hinblick auf die Anfechtbarkeit der Meßergebnisse ist gegeben. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß sich im Durchlichtbetrieb auch Materialfehler (Risse) erkennen lassen.

Nachstehend wird das Verfahren an Hand eines Ausführungsbei spiels näher erläutert.

Beispiel

In einer analog der Figur aufgebauten Meßanordnung wurde eine beidseitig polierte Siliciumscheibe (Durchmesser ca. 150 mm, spez. Widerstand ca. 10 Ω cm, Dicke ca. 615 µm) vermessen.

Als Strahlungsquelle diente ein Nd-YAG-Laser (Wellenlänge 1064 µm, Leistung ca. 5 Watt), der im Dauerstrichbetrieb gefahren wurde. Der Strahl wurde mit Hilfe eines aus Linse und Kollimator bestehenden optischen Systems von ca. 0.3 cm auf ca. 22 cm aufgeweitet und parallelisiert. Im Strahlen gang befand sich genau in der optischen Achse des Systems eine mit am Scheibenrand angreifenden, aus einer Halteposi tion in eine Freigabeposition schwenkbaren, gefederten Halterollen bestückte, die jeweils zu vermessende Scheibe aufnehmende Scheibenhalterung, die auf einen mittels Schrittmotoren minutengenau winkelverstellbaren Drehtisch montiert war. In der Nullstellung dieses Tisches traf die optische Achse senkrecht auf die Scheibenmitte. Optisches und Haltesystem ließen sich so verstellen, daß grundsätzlich auch Scheiben mit verschiedenen Durchmessern vermessen werden konnten.

Zur Erfassung des in der die Scheibe durchlaufenden Strah lung sich ausbildenden Interferenzmusters befand sich im Strahlengang hinter der Scheibe eine senkrecht zur optischen Achse des Systems angeordnete Mattscheibe aus transparentem, diffus streuendem Material. Auf deren Rückseite war eine in der Verlängerung der optischen Achse angeordnete Infrarot- Kamera gerichtet, die mit einer Bildaufbereitungseinheit verbunden war. Mittels dieser konnte das jeweils erfaßte Interferogramm auf einem Bildschirm sichtbar gemacht werden, wie auch an einen Rechner weitergeleitet werden, in dem schließlich unter Einsatz von üblichen Auswerteprogrammen die eigentliche Bildaufbereitung und Ermittlung sowie Ausgabe der Kenndaten der jeweils vermessenen Scheibe vor sich ging.

Beim eigentlichen Meßvorgang wurde das Haltesystem mit der eingespannten Scheibe in drei verschiedene Meßstellungen gebracht, in denen der aufgeweitete Laserstrahl unter jeweils genau bekanntem Einfallswinkel auf die Scheibenober fläche auftraf. Diese Winkel wurden rechnergestützt mit Hilfe der Schrittmotoren angesteuert und betrugen bei dieser Scheibendicke 4465, 5076 und 5471°. Bei jedem dieser Winkel wurde eine Serie von 3 Interferogrammen aufgenommen, aus denen im Rechner der Mittelwert gebildet wurde, um durch Schwankungen des Lasers bedingte Verfälschungen auszuglei chen. Aus dem jeweils festgestellten Verlauf der Interfe renzlinien konnte schließlich die Topographie der vermessenen Scheibe ermittelt werden, aus der sich die entsprechenden Kennzahlen für die globale oder lokale Eben heit ergaben.

Dazu wurde in der bekannten Art die Scheibenoberfläche in 52 quadratische Felder von je 15×15 mm² Fläche eingeteilt und jeweils die lokale Dickenvariation ermittelt. An Hand der ermittelten Werte wurde eine Klassierung der Felder vorge nommen. Dabei wurde der Prozentsatz der Felder angegeben, der jeweils zwischen einer bestimmten Unter- und Obergrenze des die lokale Dickenvariation angebenden LTV-Wertes lag. Es ergaben sich die in der Tabelle zusammengestellten Werte.

Zum Vergleich wurde dieselbe Scheibe nun auch in einem herkömmlichen Meßgerät untersucht, bei dem die Ebenheit mit der leistungsfähigsten bekannten Methode durch kapazitive Messung ermittelt wurde. Die dabei gefundenen Werte sind in der Tabelle den mit der erfindungsgemäßen Methode gefundenen gegenübergestellt.

Tabelle

Gegenüberstellung der mit Hilfe der erfindungsgemäßen bzw. der kapazitiven Methode ermittelten LTV-Werte

Der Wert für die globale Dickenvariation (TTV) lag bei beiden Methoden bei 1.2 µm.

Dieser Vergleich zeigt, daß die herkömmliche Meßmethode die globalen Ebenheitswerte zwar mit vergleichbarer Genauigkeit angibt, bei den lokalen Ebenheitswerten jedoch deutlich schlechtere Werte liefert. Dies bedeutet andererseits, daß im Hinblick auf bestimmte von den Bauelementeherstellern vorgegebene Grenzwerte die herkömmliche Methode manche Scheiben als ungeeignet erscheinen läßt, obwohl diese Schei ben eigentlich die geforderten Kriterien sehr wohl erfüllen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird somit eine verläß lichere Beurteilung der Scheibengeometrie ermöglicht. Dies bedeutet für den Scheibenhersteller eine Erhöhung der Aus beute, die insbesondere dadurch stark zum Tragen kommt, da sie am hochveredelten Endprodukt realisiert werden kann. Gleichzeitig wird auch dem Bauelementehersteller eine noch zuverlässigere Eingangskontrolle ermöglicht.

Claims

1. Verfahren zur interferometrischen Messung der Ebenheit von beidseitig Oberflächen geringer Rauhigkeit aufwei senden Halbleiterscheiben, insbesondere Siliciumscheiben, mit folgenden Merkmalen:

a) die zu vermessende Halbleiterscheibe wird in eine Meßposi tion im Strahlengang einer das Halbleitermaterial durchdringenden, zum Hervorbringen von Interferenz phänomenen geeigneten elektromagnetischen Strahlung gebracht, deren Wellenlänge groß ist gegenüber den durch die Rauhgkeit der beiden Oberflächen der Halbleiterscheibe bedingten unterschiedlichen Weglängen der Strahlung zwischen den beiden Oberflächen,
b) in der Meßposition werden nacheinander in mindestens drei unterschiedlichen Phasenlagen von der Scheibendicke abhängige Interferenzen zwischen der Vorder- und der Rückseite der Halbleiterscheibe erzeugt,
c) die dabei im Strahlengang der von der Halbleiterscheibe re flektierten oder diese durchlaufenden Strahlung sich ausbildende Interferenzmuster werden erfaßt,
d) aus den erfaßten Interferenzmustern wird die To pographie der Scheibenoberflächen ermittelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektromagnetische Strahlung Laserstrahlung eingesetzt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die unterschiedlichen Phasenlagen mittels unterschiedlicher Einfallswinkel auf die Scheibenoberfläche eingestellt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Interferenz muster mit einer im Strahlengang befindlichen Kamera erfaßt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Topographie der Scheibenoberfläche durch rechnergestützte Aus wertung der Interferenzmuster ermittelt wird.

6. Vorrichtung zur interferometrischen Messung der Ebenheit von beidseitig Oberflächen geringer Rauhigkeit aufwei senden Halbleiterscheiben, insbesondere Siliciumscheiben, mit folgenden Merkmalen:
eine Strahlungsquelle (1), die eine das Halbleitermaterial durchdringender, zur Hervorbringung von Interferenzphänomenen geeignete Strahlung abgibt, deren Wellenlänge groß ist gegenüber den durch die Rauhigkeit der beiden Oberflächen der Halbleiterscheibe bedingten unterschiedlichen Weglängen der Strahlung zwischen den beiden Oberflächen,
ein die Aufweitung und Parallelisierung dieser Strahlung gestattendes optisches System (3),
ein zur Aufnahme von Halbleiterscheiben (7) und de ren gezielte Positionierung im Strahlengang geeignetes Haltesystem,
Mittel zur Beeinflussung der Phasenlage der Strahlung,
im Strahlengang der die Halbleiterscheibe verlassen den Strahlung befindliche Mittel zur Erfassung von von der Scheibendicke abhängigen Interferenzmustern, die nacheinander in mindestens drei unterschiedlichen Phasenlagen zwischen der Vorder- und der Rückseite der Halbleiterscheibe erzeugt werden, und Mittel zur Bestimmung der Topographie der Scheibenoberfläche aus den erfaßten Interferenzmustern.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungsquelle (1) eine Laserlichtquelle vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 oder 7, gekenn zeichnet dadurch, daß als Mittel zur Beeinflussung der Phasenlage ein den Einfallswinkel der Strahlung auf die Halbleiterscheiben beeinflussendes Verstell system vorgesehen ist.