DE68927963T2 - Verfahren zum Auffinden eines bevorzugten Punktes für einen Laserstrahl in einem Laserstrahlinterferometer und Laserinterferometerapparat - Google Patents

Verfahren zum Auffinden eines bevorzugten Punktes für einen Laserstrahl in einem Laserstrahlinterferometer und Laserinterferometerapparat

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich allgemein auf vorderseitige Verarbeitungsverfahren und -vorrichtungen für integrierte Schaltungen und insbesondere auf Laserinterferometerendpunkterfassungssysteme.
  • Integrierte Schaltungen werden in großen Mengen auf Halbleiterwafern hergestellt. Typischerweise sind auf der Oberfläche eines Wafers eingeritzte Linien in einem Rastermuster vorgesehen, so daß die einzelnen integrierten Schaltungen oder "Chips" leicht voneinander getrennt werden können. Nachdem der Wafer vollständig verarbeitet wurde, kann er entlang der geritzten Linien auseinandergebrochen oder -geschnitten werden, wodurch die Chips vor dem Verpacken voneinander getrennt werden.
  • Während des Herstellungsverfahrens der integrierten Schaltungen wird am Halbleiterwafer wiederholt eine Anzahl von Verfahren durchgeführt, wie zum Beispiel Maskieren, Ätzen, Schichtbildung und Dotieren. Die vorliegende Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf den Ätzvorgang, d.h. das Entfernen von Materialschichten von der Oberfläche von Halbleiterwafern.
  • Durch diese Erfindung ist eine Verfahren zum Auffinden eines bevorzugten Parkflecks auf einer Halbleiterwaferoberfläche für einen Laserstrahl eines Laserstrahlinterferometers mit folgenden Schritten vorgesehen: Durchführen mehrerer Abtastungen entlang eines Abtastpfades auf der Halbleiterwaferoberfläche mit einem eng fokussierten Laserstrahl und erfassen eines reflektierten Teils des Strahls, Analysieren des reflektierten Teils des Strahls, um einen bevorzugten Parkfleck innerhalb eines bevorzugten flachen Bereichs zu bestimmen, der eine minimale Querabmessung hat, die größer ist als die Fleckgröße des Laserstrahls, wobei bei dem Verfahren das Analysieren des reflektierten Teils des Strahls einen Satz Datenwerte für jede der mehreren Abtastungen einschließlich mehrerer innerhalb des bevorzugten flachen Bereichs aufgenommener Datenwerte entwickelt, wobei die von Transistoren und Stufen auf der Halbleiterwaferoberfläche, die den bevorzugten flachen Bereich umgeben können, hervorgerufenen Effekte minimiert werden, wobei das Analysieren des reflektierten Teils des Strahls ferner den Schritt des Vergleichens einer ersten Teilmenge von Datenwerten einer ersten Abtastung Sl mit einer entsprechenden ersten Teilmenge von Datenwerten einer zweiten Abtastung S2 beinhaltet.
  • Vorzugsweise werden die ersten Teilmengen verglichen, um die minimale Differenz S1S2min zwischen zwei korrespondierenden Datenwerten zu finden.
  • Weiter wird bevorzugt, daß eine zweite Teilmenge der Abtastung S1 benutzt wird, um einen Faktor S1max, der der maximalen Differenz zwischen zwei Datenwerten innerhalb der zweiten Teilmenge der Abtastung S1 entspricht, zu berechnen, und daß eine zweite Teilmenge der Abtastung S2 benutzt wird, um einen Faktor S2max, der der maximalen Differenz zwischen zwei Datenwerten innerhalb der zweiten Teilmenge der Abtastung S2 entspricht, zu berechnen, wobei die zweiten Teilmengen nicht notwendigerweise von den ersten Teilmengen verschieden sind.
  • Vorzugsweise wird weiter ein Relativwert R folgendermaßen berechnet:
  • R = S1S2min - [S1max + S2max],
  • wobei falls R< 0 wäre gelten soll R=0,
  • wobei der Relativwert R die relative Erwünschtheit des Flecks repräsentiert.
  • Im weiteren Verfahren werden mehrere R-Werte für die Abtastungen S1 und S2 berechnet, wobei der Größte dieser R- Werte einem Gütefaktor Q für die Abtastungen S1 und S2 entspricht.
  • Außerdem kann mehr als ein Paar von Abtastungen verglichen werden, um mehrere Q-Werte zu bestimmen, wobei der Größte dieser Q-Werte dem bevorzugten Parkfleck entspricht.
  • Es folgt eine Beschreibung einiger bestimmter Ausführungsformen der Erfindung, die anhand der Zeichnungen vorgenommen wird. Es zeigt:
  • Fig. 1 eine Draufsicht eines geritzten Halbleiterwafers, bei dem ein typischer Laserstrahlpfad, wie er beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird, gezeigt ist,
  • Fig. 2 einen Schnitt durch einen teilweise verarbeiteten Halbleiterwafer, bei dem ein Laserstrahl an verschiedenen Punkten auf der Oberfläche des Wafer gezeigt wird,
  • Fig. 2b einen Schnitt durch einen teilweise verarbeiteten Halbleiterwafer, bei dem ein Laserstrahl an einem Punkt auf der Oberfläche des Wafers geparkt ist,
  • Fig. 3a eine Kurvendarstellung reflektierter Interferenzmusterwellen von zwei verschiedenen Punkten auf dem Halbleiterwafer von Fig. 2a,
  • Fig. 3b eine Kurvendarstellung reflektierter Interferenzmusterwellen eines über einen Wafer nach Fig. 1 geführten und dann an einem Punkt wie in Fig. 2b geparkten Laserstrahls,
  • Fig. 4 eine graphische Darstellung von sieben Datenpunkten, die aus zwei aufeinanderfolgenden Abtastungen eines Halbleiterwafers stammen,
  • Fig. 5a und 5b graphische Darstellungen zum Illustrieren eines bevorzugten Verfahrens zum Auffinden eines optimalen Punkts zum Parken eines Laserstrahls,
  • Fig. 6a, 6b und 6c Teile einer Welle, die zum Illustrieren eines bevorzugten Verfahrens zur Endpunkterfassung dienen,
  • Fig. 7a und 7b den optischen Pfad eines Laserstrahls durch eine erfindungsgemäße Endpunkterfassungvorrichtung,
  • Fig. 8 eine Draufsicht der in Fig. 7a gezeigten Endpunkterfassungsvorrichtung,
  • Fig. 9 eine Draufsicht eines auf einem Halbleiterwafer erzeugten Testmusters, das beim Fokussieren eines Laserstrahls verwendet wird,
  • Fig. 10a und 10b einen unfokussierten bzw. einen fokussierten Laserstrahl, die auf verschiedene Teile des Testmusters von Fig. 9 auftreffen, und
  • Fig. 11a und 11b Kurvendarstellungen relativer Intensitäten der reflektierten Laserstrahlen von einem unfokussierten bzw. einem fokussierten Laserstrahl.
    • Grundlegendes Verfahren
  • Gemäß der Draufsicht von Fig. 1 ist ein Halbleiterwafer 10 mit einer Anzahl geritzter Linien 12, die in einem Gitter auf der oberen Oberfläche 14 des Wafers angeordnet sind, vorgesehen. Einzelne integrierte Schaltungen werden typischerweise im Stapelbetrieb auf dem Wafer 10 an Chipstellen 16 bearbeitet. Nach einem vollständigen Bearbeiten des Wafers wird der Wafer entlang der geritzten Linien 12 geschnitten oder gebrochen, wodurch die einzelnen integrierten Schaltungen zum Verpacken getrennt werden.
  • Beim vorliegenden Verfahren wird ein Laserstrahlpunkt 18 entlang eines Pfads 20 an einen Ort 18' geführt. Dieses Führen wird automatisch unter Computersteuerung durchgeführt und ist sehr zuverlässig, so daß eine große Zahl von Führungsbewegungen entlang eines im wesentlichen identischen Abtastpfads 20 durchgeführt werden können. Da der Pfad 20 vorzugsweise mehrere Zentimeter lang ist, läßt sich erkennen, daß der Laserstrahlpunkt 18 mindestens mehrere geritzte Linien 12 und Chipstellen 16 überquert. Wenn aus irgendeinem Grund der Pfad 20 keine geritzte Linie überquert, kann die Vorrichtung manuell entlang einer Achse 22 so eingestellt werden, daß der Strahlpfad 20 eine geritzte Linie 12 überquert. Der so eingestellt Pfad ist dann jedoch immer noch parallel zum Pfad 20 von Fig. 1.
  • Gemäß Fig. 2a wird ein Laserstrahlpunkt 18 von einem auftreffenden Laserstrahl 24 mit einer Achse 26 erzeugt, die nicht ganz senkrecht auf der Ebene 28 der oberen Oberfläche 14 des Wafers 10 steht. Zum Beispiel kann die Achse 26 des einfallenden Strahls 24 in einem Winkel von ungefähr 91º zur Ebene 28 sein. Dadurch bekommt der reflektierte Strahl 28 ein Achse 30, die zur Ebene 28 ungefähr einen Winkel von 89º hat. So ist bei diesem Beispiel zwischen der Achse des eintreffenden Strahls 24 und der Achse des reflektierten Strahls 28 ein Winkel von ungefähr 2º. Dadurch wird die Möglichkeit, daß das reflektierte Licht die erwünschte konstante Ausgangsleistung der Laserstrahlquelle beeinträchtig, minimiert.
  • Die Schnitte Fig. 2a und 2b zeigen typische Schichten eines teilweise bearbeiteten Halbleiterwafers 10. Diese Schichten sind unter anderem das Halbleitersubstrat, eine Siliziumdioxidschicht (SiO&sub2;) 34 und eine Photolackschicht 36. Wie in Fig. 2a gezeigt, erzeugt der auftreffende Strahl 24 beim Scannen über die obere Oberfläche 14 des Wafers 10 abwechselnd einen Strahlpunkt auf der Photolackschicht 36, dann auf der Siliziumdioxidschicht 34 und dann wieder auf der Photolackschicht 36. Dies ist durch die Positionen 24, 24', 24" des eintreffenden Strahls angezeigt. Dieser Teil des Verfahrens wird als "Scanning-Betriebsart" bezeichnet.
  • Es wird darauf hingewiesen, daß die Breite w des Strahlpunkts 18 wesentlich geringer ist als die Breite W einer Öffnung, wie z.B. der geritzten Linie S in der Photolackschicht 36. Bei der vorliegenden erfindungsgemäßen Ausführungsform hat der Strahlpunkt einen Durchmesser von ungefähr 35 µm, während die typische Breite einer geritzten Linie S in der Größenordnung von 80 µm liegt. Wie nachfolgend eingehender beschrieben, ist es aufgrund eines Führens des Strahlpunkts 18 über die Oberfläche 14 in Schritten in der Größenordnung von ungefähr 5 µm möglich, eine Anzahl von Datenwerten von einer flachen Oberfläche 38 in der Öffnung S zu bekommen. Dies ist wichtig, weil eine Menge Rauschen erzeugt wird, wenn der Strahlpunkt auf Schritte oder Übergänge wie zum Beispiel den Übergang 40 zwischen der Photolackschicht 36 und der Siliziumdioxidschicht 34 fällt.
  • Wie zuvor angemerkt, wird der Strahlpunkt 18 vorzugsweise mehrmals, z.B. drei- oder viermal, entlang des Pfads 20 geführt. Ein Vorgang, der nachfolgend noch eingehender beschrieben werden wird, wird dann dazu verwendet, einen bevorzugten Parkpunkt in einem bevorzugten flachen Bereich auf dem Wafer 10 zu bestimmen. Zum Beispiel und gemäß Fig. 2b soll angenommen werden, daß der bevorzugte Parkpunkt P im flachen Bereich 38 liegt. Der Strahlpunkt wird dann zum Parkpunkt P bewegt und bleibt dort für den Rest des Ätzverfahrens. Diese Betriebsart wird hier als "Parkbetriebsart" bezeichnet.
  • Ein Teil der dieser Erfindung zugrundeliegenden Theorie wird nun anhand von Fig. 3a und 3b erörtert. In Fig. 3a ist mit 42 eine charakteristische Photolackätzkurve gezeigt, und mit 44 eine charakteristische Siliziumdioxidätzkurve. Diese Kurven repräsentieren die Intensität des reflektierten Strahls 28, während der Ätzvorgang fortschreitet, und sind im wesentlichen sinusförmig. Die Kurve 42 ist typisch für die Intensität der reflektierten Strahls, wenn der eintreffende Strahl auf dem Photolack 36 geparkt ist, und die Kurve 44 ist typisch für die Intensität des reflektierten Strahls, wenn der eintreffende Strahl auf dem Siliziumdioxid 34 geparkt ist.
  • Die der Filmlaserstrahlinterferometrie zugrundeliegenden Theorien sind den Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt. Es ist zum Beispiel eine Beschreibung der Theorien in dem US-Patent Nr. 4,618,262 von Maydan et al. zu finden. Zusammenfassend läßt sich sagen, daß beim Auftreffen eines Lichtstrahls auf einem halbtransparenten Film, z.B. aus Siliziumdioxid, ein Teil des eintreffenden Lichts von der oberen Oberfläche des Films und ein Teil des eintreffenden Lichts von der unteren Oberfläche des Films reflektiert werden wird. Da der Film eine finite Dicke hat, interferieren die beiden Reflexionen entweder konstruktiv oder destruktiv miteinander. Beim Ätzen der Schicht verändert sich die Dicke, wodurch die Intensität des reflektierten Strahls zyklisch konstruktive und destruktive Interferenzmuster annimmt und so die gezeigten Sinuskurven erzeugt.
  • Es ist zu bedenken, daß die Photolackätzkurve 42 eine größere Amplitude und eine niedrigere Frequenz hat als die Siliziumdioxidätzkurve 44. Die höhere Amplitude kommt vom größeren Reflexionsvermögen des Photolacks, und die niedrigere Frequenz kommt daher, daß der Photolack sich wesentlich langsamer ätzen läßt als das Siliziumdioxid. Da die charakteristischen Ätzkurven von Photolack und Siliziumdioxid so verschieden sind, ist es für ein System nicht schwierig, sie zu unterscheiden, wenn ein Laserstrahl über die Oberfläche des Wafers geführt wird.
  • In Fig. 3b ist die Intensität des reflektierten Strahls 28 in Abhängigkeit von der Zeit für den Fall dargestellt, daß der Strahl zuerst über die Waferoberfläche 14 geführt, wie das in Fig. 1 und 2a dargestellt ist, und dann an einem bevorzugten Punkt P, wie in Fig. 2b gezeigt, geparkt wird. Insbesondere ist das Verfahren in der Scanning-Betriebsart von einer Zeit 0 &le; t &le; t&sub1; und in der Zeit t&sub1; < t &le; t&sub2; in der Parkbetriebsart. Zur Zeit t&sub2; wird der Endpunkt erfaßt, indem sich die tatsächliche Ätzkurve 46 abfiacht und dadurch anzeigt, daß am bevorzugten Punkt P sämtliches Siliziumdioxid entfernt wurde.
  • Die tatsächliche Ätzkurve 46 von Fig. 3b hat während der Scanning-Betriebsart ein zerklüftetes Aussehen, weil die Intensität des reflektierten Strahls sich erheblich verändert, während der eintreffende Strahl über die verschiedenen Oberflächen des Wafers 10 geführt wird. Während der Parkbetriebsart wird der Laserstrahl auf der zu überwachenden Schicht, in diesem Fall Siliziumoxid, geparkt, und so nimmt dann die Kurve die Form der charakteristischen Ätzkurve der Siliziumdioxidschicht an. Wie zuvor erwähnt, flacht sich die tatsächliche Ätzkurve 46 ab, nachdem das Siliziumdioxid weggeätzt wurde, wodurch die Endpunkterfassung angezeigt wird.
  • Die bevorzugten Verfahren zum Auswählen eines bevorzugten Parkpunkts und Erfassen des Endpunkts aus der tatsächlichen Ätzkurve werden weiter unten erörtert. Dabei sind diese Verfahren aber natürlich nicht als die vorliegende Erfindung einschränkend zu verstehen, sondern als Lehre für die derzeit beste bekannte Weise zur Umsetzung der Erfindung.
    • Erfassungsverfahren für den besten Parkpunkt
  • Zum Garantieren der höchsten Genauigkeit des Interferometerverfahrens sollte der Laserstrahl auf einer breitesten, flachsten Oberfläche des SiO&sub2; geparkt werden, die entlang des Abtastpfads 20 erfaßt wird. Da die geritzten Linien 12 dazu neigen, in Größenordnungen zu sein, die in der Größe breiter sind, als die Elemente der integrierten Schaltungen, wird die beste Oberfläche innerhalb der Abgrenzungen der geritzten Linie 12 zu finden sein.
  • Für diese Erörterung sei angenommen, daß der Strahlpunkt 18 in N Schritten entlang des Abtastpfads 20 geführt wird und die Intensitätswerte des reflektierten Strahls 28 als Datenwerte in einer digitalen Datenbank gespeichert werden. Diese Datenwerte werden als sich auf die jeweilige Abtastung beziehende Vektoren gespeichert, d.h. die erste Abtastung erzeugt einen Vektor S1 von N Datenwerten, die zweite Abtastung erzeugt einen Vektor S2 von N Datenwerten, usw. Wie im einzelnen weiter unten erörtert, können diese Vektoren mathematisch so manipuliert werden, daß dann der bevorzugte Parkort für den Laserstrahipunkt 18 bestimmt werden kann.
  • Gemäß Fig. 4 wird ein willkürlicher Datenwert n als der Mittelpunkt einer Gruppe von 2a+1 Datenpunkten gewählt, die von n-a bis n+a reichen, wobei in diesem Beispiel a=3. Die sieben Datenwerte des Vektors S1, die über n zentriert sind, werden dann mit den entsprechenden sieben Datenwerten des Vektors S2 verglichen, die über n zentriert sind, wodurch die minimale absolute Differenz 48 zwischen den beiden ermittelt wird. Diese minimale Differenz 48 wird als S1S2min bezeichnet und hat immer einen positiven Wert. Dann werden 2b+1 Datenwerte von Vektor S1, die wieder über n zentriert sind, zum Finden der maximalen absoluten Differenz 50 zwischen je zwei Werten in der Abtastung verglichen. b ist bei diesem Beispiel 2. Diese maximale Differenz wird mit S1max bezeichnet und ist auch immer ein positiver Wert. In ähnlicher Weise werden die fünf über n zentrierten Datenwerte des Vektors S2 zum Finden der maximalen absoluten Differenz 52 verglichen, was zu einem positiven Wert S2max führt. Ein relativer Wert R wird dann wie folgt errechnet:
  • R = S1S2min - [S1max + S2max]
  • wobei wenn R < 0, dann R = 0
  • Der Wert von n wird dann um eins inkrementiert, und der nächste relative Wert R wird wie oben beschrieben berechnet. Die nacheinander für R abgeleiteten Werte werden in einem Vektor R1:2 gespeichert.
  • Bei N Datenpunkten ist der erste Wert von n typischerweise a+1, während N-(a+1) der letzte Wert für n ist. Daraus folgt, daß für Vektoren von N Datenwerten N-(a+2) Werte im Vektor R1:2 sind. Diese Werte werden dann zum Bestimmen eines Qualitätsfaktors Q1:2 verglichen, der als der maximale Datenwert im Vektor R1:2 definiert ist.
  • Das oben beschriebene Verfahren wird dann wiederholt, indem der S2-Vektor mit dem S3-Vektor verglichen wird, wobei ein Qualitätsfaktor Q2:3 bestimmt wird, der S3-Vektor mit dem S4-Vektor zum Bestimmen eines Qualitätsfaktors Q3:4 usw. In einem letzten Schritt werden alle Qualitätsfaktoren verglichen und dabei der maximale Qualitätsfaktor Qmax ermittelt. An diesem Datenpunkt, der Qmax entspricht, wird der Strahl geparkt. Dieses Verfahren läßt sich in Tabelle 1 zusammenfassen. Tabelle 1
  • Die theoretischen Grundlagen für diesen Vorgang werden anhand von Fig. 5a und 5b erläutert. Zuerst werden die Auswirkungen verschiedener Entfernungen zwischen Datenpunkten zwischen Abtastungspaaren ignoriert. In Fig. 5a bilden die Datenwerte der ersten Abtastung (S1) und der zweiten Abtastung (S2) gerade, horizontale Linien. Folglich ist bei sieben über n zentrierten aneinanderliegenden Datenpunkten der Wert von S1S2min konstant. Außerdem, sind S1max und S2max gleich null, da die Datenwerte horizontal ausgerichtet sind. In Fig. 5b haben die sieben nebeneinanderliegenden, über n zentrierten Punkte auch alle die gleiche Entfernung zwischen S1 und S2, so daß der Wert S1S2min auch konstant ist. Doch sind in Fig. 5b die Werte S1max und S2 max beide größer als null. Daher ist der Wert R für die Kurve von Fig. 5a um den Betrag [S1max + S2max] der Kurve von Fig. 5b größer als der Wert von R für die Kurve von Fig. Sb. Die Werte von S1max und S2max repräsentieren eine Abwesenheit von Flachheit im über dem Datenpunkt n zentrierten Bereich. Da Fig. 5a einen größeren R-Wert hat als Fig. 5b, würde der Laserstrahl lieber an dem durch Fig. 5a repräsentierten als dem durch Fig. 5b repräsentierten Punkt, d.h. auf dem flacheren Punkt, parken.
  • Der Effekt von S1S2min ist ein Zentrieren des bevorzugten Punkts im bevorzugten flachen Bereich. Das kommt daher, daß S1S2min geringer wird, wenn sich der Datenpunkt einem Übergang nähert. Folglich neigt S1S2min dazu, ein Maximum in der Mitte eines bestimmten flachen Bereichs zu sein. Es wird daher klar, daß durch die Fomel: R = S1S2min - [S1max + S2max] ein Wert für R zugeteilt wird, der die relative Erwünschtheit des Punkts widerspiegelt, sowohl was seine Lage im größten flachsten Bereich, als auch was seine Zentriertheit in diesem Bereich betrifft.
  • Es sollte bemerkt werden, daß ein Phasenunterschied zwischen aufeinanderfolgenden Abtastungen bestehen muß, damit garantiert werden kann, daß die beiden Abtastungen nicht identisch sind. Dies kann durch eine Abtastfrequenz erreicht werden, die höher (z.B. 3-4 mal so hoch) ist als die Frequenz der charakteristischen Ätzkurve des Siliziumdioxids.
    • Endpunkterfassungsverfahren
  • Wie vorher anhand von Fig. 3b erwähnt, hat das reflektierte Interferenzmuster typischerweise die Form eines Sinuskurve, wenn der Laserstrahl auf einem Punkt des zu ätzenden Oxids geparkt wurde. Wenn das Oxid durchgeätzt wurde, flacht sich die Sinuskurve ab, wodurch eine Endpunkterfassung angezeigt wird. An diesem Zeitpunkt wird der Ätzvorgang normalerweise beendet.
  • Ein Überätzen, d.h. ein Fortführen des Ätzens, nachdem das Oxid vollständig durchgeätzt wurde, ist nicht unbedingt schlimm oder sogar unerwünscht. Es wird nämlich bei vielen Verfahren absichtlich ein Überätzen durchgeführt, damit ein vollständiges Entfernen des zu ätzenden Films in Bereichen des Wafers sichergestellt werden kann, die nicht überwacht werden. Das Wichtige dabei ist die Zuverlässigkeit des Verfahrens: Die gleiche Ätzmenge muß in jedem Zyklus aufs neue vorhersagbar wieder geschehen. Eine genaue Endpunkterfassung ist deswegen wichtig, weil dann die erwünschte Menge an Überätzung gegebenenfalls bewerkstelligt werden kann.
  • Gemäß Fig. 6a und 6b wird die tatsächliche Ätzkurve 46 laufend durch das System überwacht, um ihren Peak-Peak(PTP)- Wert zu überwachen. Dieser PTP-Wert kann für jeden Halbzyklus der tatsächlichen Ätzkurve aktualisiert werden. Eine Berechnung wird dann durchgeführt um h zu berechnen, das in diesem Beispiel 20% des PTP-Werts ist. Wie in Fig. 6b gesehen werden kann, definiert der Wert von h ein Rechteck 54 mit Ecken an den Punkten A, A' auf der tatsächlichen Ätzkurve, das die oberen 20% der Kurve einschließt. Die Mittellinie des Rechtecks ist durch die Linie CL und die Breite des Rechtecks mit 2W bezeichnet.
  • Wenn bezüglich Fig. 6c das System erfaßt, daß das Interferenzmuster der tatsächlichen Ätzkurve 46 den Punkt A erreicht hat, d.h. wenn die Kurve in das Rechteck 54 eingetreten ist, wird der Intensitätswert A im Speicher gespeichert. Beim Weiterätzen des Oxids wird eine Reihe von Intensitätswerten (hier durch die Punkte B, C, ..., G repräsentiert) bis zum Maximalwert Imax auf den Intensitätsmuster auch im Speicher gespeichert. Diese Werte werden dann an der Mittellinie CL gespiegelt, wobei Pseudowerte A', B', ..., G' entstehen, die ein projiziertes Kurvensegment 56 definieren. Eine Schwellenlinie 58 wird als in der Mitte zwischen dem Imax-Wert und der projizierten Kurve 56 liegend definiert. Anders ausgedrückt wird die Schwellenlinie Punkte bei (Imax - G')/2; (Imax - F')/2 (Imax - E' )/2 usw. haben. Die tatsächliche Ätzkurve 46 nach der Mittellinie CL wird dann erfaßt, gespeichert und mit der Schwellenlinie 58 verglichen. Wenn alle Datenwerte der Mittellinie CL der tatsächlichen Ärzkuve 46 über der Schwellenlinie 58 liegen, wurde der Endpunkt erfaßt. Ansonsten befindet sich die Oberfläche immer noch im Ätzvorgang, und der obige Vorgang wird so lange wiederholt, bis ein Endpunkt erfaßt wird. Es versteht sich, daß durch dieses Verfahren der Endpunkt innerhalb von h% des PTP-Werts der charakteristischen Ätzkurve gefunden wird, der beliebig klein sein kann, je nach der erwünschten Endpunkterfassungsempfindlichkeit.
    • Endpunkterfassungssystemvorrichtung
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nun anhand von Fig. 7a, 7b und 8 erörtert. In Fig. 7a weist ein Endpunkterfassungssystem 60 einen Laser 62, eine optische Isolier- 64 und Expandiereinrichtung 66, einen Spiegel 68, eine Fokussiereinrichtung 70, eine Fenstereinrichtung 72, eine Kollektoreinrichtung 74, eine Erfassungseinrichtung 76 und eine Steuerungseinrichtung 78 auf. Das System 60 ist in einem Gehäuse 79 untergebracht, durch das die empfindliche Optik geschützt wird und Rauschfaktoren wie zum Beispiel Luftströme usw. minimiert werden.
  • Der Laser 62 ist vorzugsweise ein im Handel erhältlicher Hehum-Neon-Gaslaser (HeNe). Der Strahl 80 des Lasers 62 wird auf die optische Isolationseinrichtung 64 gerichtet, der das zum Laser 62 rückgestrahlte Licht minimiert. Ein derart rückgestrahltes Licht ist problematisch, da es beim Laserstrahl 80 eine Intensitätsdrift hervorrufen kann. Insbesondere weist die optische Isolationseinrichtung einen polarisierenden Strahlteiler 82 und ein Lambda-Viertel-Plättchen 84 auf. Die Polarisierungsachse des Strahlteilers 82 ist mit der Polarisierungsachse des polarisierten Lasers 62 ausgerichtet, und das Lambda-Viertel-Plättchen 84 polarisiert den Strahl 80 zirkular. Die Kombination dieser Elemente verringert die Rückstrahlung von Licht in den Laser 62 beträchtlich, da 1) das rückgestrahlte Licht zirkular in der gleichen Phase wie die Polarisierung des Lambda-Viertel-Plättchens polarisiert sein müßte und 2) nur der Teil des sich in Phase befindlichen rückgestrahlten zirkular polarisierten Lichts, der in der Polarisierungsachse des Strahlteilers 82 ausgerichtet wäre, den Weg zurück in den Laser 62 finden würde. Dies ist allgemein eine unbedeutende Menge. Ein wahlweise anzubringender Dekoder 86 kann zum Überwachen der Leistung des Lasers 62 verwendet werden.
  • Die Expandiereinrichtung 66 weist zwei Linsen 88 und 90 auf, die den gleichen Brennpunkt 92 haben. Diese Anordnung der Linsen führt zu einem kollimierten Strahl 91. Dieser Strahl wird vom Spiegel 68 in einem im wesentlichen rechten Winkel reflektiert und durch die Fokussiereinrichtung 90 und die Fenstereinrichtung 72 auf den Wafer 10 (siehe Fig. 7b) weitergeleitet, wodurch der auftreffende Strahl 24 gebildet wird. Ein reflektierter Strahl 28 wird von der Oberfläche des Wafers 10 und zurück durch die Fenstereinrichtung 72, die Fokussiereinrichtung 70, am Rand des Spiegels 68 vorbei, in die Kollektoreinrichtung 74 und auf die Erfassungseinrichtung 76 reflektiert. Der Spiegel 68 ist vorzugsweise ein Oberflächenspiegel mit minimalem Reflexionsverlust.
  • Die Fensteranordnung weist vorzugsweise zwei in einem Abstand voneinander angeordnete Quarzfensterscheiben 96 auf. Der Abstand 98 zwischen den Fensterscheiben 96 erzeugt eine thermische Isolation zwischen der Optikseite 100 und der Waferseite 102 der Fensteranordnung. Dies ist eine wichtige Eigenschaft, da die Waferseite 102 zur Reaktionskammer der Ätzvorrichtung zeigt und daher hohen Temperaturen ausgesetzt ist.
  • Die Kollektoreinrichtung 74 weist eine Sammellinse 104 und ein Filter 106 auf. Die Linse trägt zum Fokussieren des reflektierten Strahls 28 auf die Erfassungseinrichtung 76 bei, während das Filter unerwünschte, durch Plasmaentladung, aus der Umgebung stammendes Licht usw. erzeugte Frequenzen entfernt. Die Erfassungseinrichtung 76 kann aus verschiedenen, auf das Licht in dem Frequenzbereich des Lasers 62 ansprechenden Photodetektoren ausgewählt sein.
  • Das von der Erfassungseinrichtung 76 kommende Ausgangssignal wird in die Steuerungseinrichtung 78 geleitet, die im wesentlichen ein für diese Anwendung eingerichtetes Mikrocomputersystem ist. Die Steuerungseinrichtung 78 erzeugt Ausgangssignale zur Steuerung der Tischbewegungen, des Laserbetriebs usw. und auch ein die Endpunkterfassung anzeigendes Ausgangssignal. Das von der Steuerungseinrichtung 78 erzeugte Endpunkterfassungssignal kann zum automatischen Beenden des Ätzvorgangs oder zum Hinweisen einer Bedienperson auf den Endpunktzustand verwendet werden.
  • Fig. 8 zeigt eine Draufsicht eines Endpunkterfassungssystems 60 mit einem Laserkopf 108, einem Adaptor 110, einem Optikgehäuse 112, einer verschiebbaren Platte 114, einem Tisch 115, einem Detektorgehäuse 116 und einer Basis 118. Das Detektorgehäuse 116 ist steif mit dem Optikgehäuse 112 und dem Tisch 115 verbunden. Ein Flansch 120 des Adaptors 110 verbindet den Adaptor mit einem Flansch 122 des Optikgehäuses 112. Ein Quarzfenster 96 kann in Phantomdarstellung unter dem Optikgehäuse 112 und der Platte 114 gesehen werden.
  • Ein auf der Platte 114 angebrachter Schrittmotor 124 hat eine Spindel 125, die den Tisch 115 und damit auch das Optikgehäuse 112 und das Detektorgehäuse 116 in einer Hin- und Herbewegung, wie durch den Doppelpfeil 126 angezeigt, antreiben kann. Diese Bewegung des Optikgehäuses 112 bewirkt eine Bewegung des Laserstrahlpunkts 18 entlang des Pfads 20. Die Platte 114 und alles, was auf der Platte 114 befestigt ist, kann nach einem Lösen der Schrauben 130, die eine Kante der Platte 114 festhalten, hin- und herbewegt werden, wie das durch den Doppelpfeil 128 gezeigt ist. Diese manuelle Einstellung entspricht der Einstellung des Strahlpfads entlang der Achse 22 von Fig. 1.
  • Der Strahlpunkt kann durch ein Verstellen dreier Schrauben 132 an drei Ecken der Basis 118 fokussiert und ausgerichtet werden. Diese Schrauben drücken gegen die Platte 114 und erzeugen so eine herkömmliche Drei-Punkt-Einstellanordnung.
  • Mit diesen drei Schrauben 132 kann die Längs- und Querneigung und die Schärfe des Strahls eingestellt werden, wie dem Fachmann offensichtlich sein wird. Der vierte Eckpunkt der Platte 114 ist ein Angelpunkt für die Platte.
    • Strahlfokussierverfahren
  • Ein bevorzugtes Verfahren zum Fokussieren des Strahlpunkts wird anhand von Fig. 9-11 erörtert. In Fig. 9 wird ein Muster 134 auf einer Oberfläche 136 erzeugt. Als Alternative können auch dem Muster 134 entsprechende Rillen in eine Oberfläche 136 geschnitten werden. In jedem Fall wird auf einer planaren Oberfläche ein Muster aus abwechselnd relativ reflektierenden Bereichen 138 und relativ nichtreflektierenden Bereichen 140 vorgesehen. Bei diesem Beispiel sind die nichtrelektierenden Bereiche 140 von unterschiedlicher Breite, während die reflektierenden Bereiche 138 von im wesentlichen gleicher Breite sind. Der Mittelbereich 140 kann zum Beispiel 34 µm breit sein, die beiden neben dem Mittelbereich liegenden Bereiche 140 können 36 µm breit sein, die nächsten danebenliegenden Bereiche 140 dann 38 µm usw.
  • Bei Fig. 10a wird ein auf einen breiten nichtreflektierenden Bereich 140'a auftreffender unfokussierter Strahl im wesentlichen vollständig absorbiert. Wenn jedoch der unfokussierte Strahl 142 auf einen schmalen nichtreflektierenden Bereich 140"a trifft, wird ein Teil des auftreffenden Strahls als 142' reflektiert. Wenn die Intensität der reflektierten Strahlen bei unfokussierten eintreffenden Strahlen, die über das Testmuster 134 geführt werden, überwacht wird, entsteht eine Welle, wie sie in Fig. 11a gezeigt ist.
  • In Fig. 10b wird ein fokussierter Strahl 142 absorbiert, ob er nun auf einen breiten Bereich 140'b oder einen schmalen Bereich 140"b trifft. Es entsteht also bei einem fokussierten auftreffenden Strahl kein oder nur ein schwacher reflektierter Strahl. Ein fokussierter Strahl erzeugt daher ein Welle, wie sie in Fig. 11b gezeigt ist.
  • Beim Verfahren zum Fokussieren des Strahlpunkts wird der Wafer in einer senkrecht zum Muster 134 verlaufenden Richtung abgetastet, wobei die Intensität des reflektierten Strahls gemessen wird. Die Strahleinstellungsschrauben 132 (siehe Fig. 8) werden dann zum Minimieren der Veränderung (und daher der durchschnittlichen Intensität) des reflektierten Strahls eingestellt. Der Strahlpunkt wird dann an dem Punkt der minimalen erfaßten Veränderung fokussiert.
  • Es können natürlich auch viele andere Testmuster als das gezeigte verwendet werden. Außerdem kann das Muster reflektierende Bereiche mit unterschiedlicher Breite haben, wobei die Aufgabe wäre, die Unterschiede durch ein Maximieren der durchschnittlichen Intensität zu minimieren.
  • Diese Erfindung ist zwar anhand einiger bevorzugter Ausführungsformen beschrieben worden, doch werden dem Fachmann beim Lesen der Beschreibung und beim Betrachten der verschiedenen Figuren der Zeichnung sicherlich noch verschiedene Änderungen und Variationen der Erfindung einfallen. Zum Beispiel ist bei dieser Erfindung hauptsächlich das Ätzen von Oxid unter einer Photolackmaske erörtert worden, doch können noch verschiedene andere Ätz- und Maskenmaterialien verwendet werden. Weitere geeignete Materialien, bei denen der Endpunkt erfaßt werden kann, sind unter anderem Polysilizium, Siliziumnitrid und BPSG. Daher soll der Umfang der vorliegenden Erfindung durch die Patentansprüche bestimmt werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Auffinden eines bevorzugten Parkflecks auf einer Halbleiterwaferoberfläche für einen Laserstrahl eines Laserstrahl interferometers mit folgenden Schritten:
- durchführen mehrerer Abtastungen entlang eines Abtastpfades auf der Halbleiterwaferoberfläche mit einem eng fokussierten Laserstrahl und erfassen eines reflektierten Teils des Strahls,
- analysieren des reflektierten Teils des Strahls, um einen bevorzugten Parkfleck innerhalb eines bevorzugten flachen Bereichs zu bestimmen, der eine minimale Querabmessung hat, die größer ist als die Fleckgröße des Laserstrahls, wobei bei dem Verfahren
das Analysieren des reflektierten Teils des Strahls einen Satz Datenwerte für jede der mehreren Abtastungen einschließlich mehrerer innerhalb des bevorzugten flachen Bereichs aufgenommener Datenwerte entwickelt, wobei die von Transistoren und Stufen auf der Halbleiterwaferoberfläche, die den bevorzugten flachen Bereich umgeben können, hervorgerufenen Effekte minimiert werden, wobei das Analysieren des reflektierten Teils des Strahls ferner den Schritt des Vergleichens einer ersten Teilmenge von Datenwerten einer ersten Abtastung S1 mit einer entsprechenden ersten Teilmenge von Datenwerten einer zweiten Abtastung S2 beinhaltet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Teilmengen verglichen werden, um die minimale Differenz S1S2min zwischen zwei korrespondierenden Datenwerten zu finden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Teilmenge der Abtastung S1 benutzt wird, um einen Faktor S1max, der der maximalen Differenz zwischen zwei Datenwerten innerhalb der zweiten Teilmenge der Abtastung S1 entspricht, zu berechnen, und daß eine zweite Teilmenge der Abtastung S2 benutzt wird, um einen Faktor S2max, der der maximalen Differenz zwischen zwei Datenwerten innerhalb der zweiten Teilmenge der Abtastung S2 entspricht, zu berechnen, wobei die zweiten Teilmengen nicht notwendigerweise von den ersten Teilmengen verschieden sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Relativwert R folgendermaßen berechnet wird:
R = S1S2min - [S1max + S2max],
wobei falls R< 0 wäre gelten soll R=0,
wobei der Relativwert R die relative Erwünschtheit des Flecks repräsentiert
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere R-Werte für die Abtastungen S1 und S2 berechnet werden, wobei der Größte dieser R-Werte einem Gütefaktor Q für die Abtastungen S1 und S2 entspricht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als ein Paar von Abtastungen verglichen werden, um mehrere Q-Werte zu bestimmen, wobei der Größte dieser Q-Werte dem bevorzugten Parkfleck entspricht.
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