DE69923489T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Strukturtiefen einer Probenoberfläche - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Strukturtiefen einer Probenoberfläche Download PDF

Info

Publication number
DE69923489T2
DE69923489T2 DE69923489T DE69923489T DE69923489T2 DE 69923489 T2 DE69923489 T2 DE 69923489T2 DE 69923489 T DE69923489 T DE 69923489T DE 69923489 T DE69923489 T DE 69923489T DE 69923489 T2 DE69923489 T2 DE 69923489T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sample
bundles
bundle
arms
reflected
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE69923489T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69923489D1 (de
Inventor
Pierre Monsallut
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cameca SAS
Original Assignee
Cameca SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cameca SAS filed Critical Cameca SAS
Application granted granted Critical
Publication of DE69923489D1 publication Critical patent/DE69923489D1/de
Publication of DE69923489T2 publication Critical patent/DE69923489T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/22Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring depth

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Böden von Strukturtiefen, die durch Bombardement einer Probe mit primären Ionenstrahlen während ihrer physikalisch-chemischen Analyse erhalten werden.
  • Eines der Analyseverfahren, das besonders geeignet ist, um diese Analysen durchzuführen, ist unter der angelsächsischen Abkürzung SIMS für "Secondary Ion Mass Spectrometer" bekannt; es analysiert die Sekundärionen durch Massenspektrometrie.
  • Bei diesen Geräten ist es häufig notwendig, während der Analyse die Tiefe des Strukturtiefen zu messen, die durch das Auftreffen der Ionenstrahlen auf der Oberfläche der analysierten Probe gebildet werden, insbesondere wenn die Probe mehrere übereinanderliegende Materialschichten umfasst, wie es für Proben der Fall ist, die von mehreren übereinanderliegenden Halbleitermaterialschichten gebildet werden. Die erhaltenen Strukturtiefen weisen im Allgemeinen sehr geringe Abmessungen auf. Sie betragen etwa 100 μm seitlich und ihre Tiefe variiert während der Abtragung bei einer Abtragungsgeschwindigkeit von 0,1 bis 10 nm/s zwischen 1 nm und einigen μm. Die Bestimmung der physikalisch-chemischen Zusammensetzung der Probe in ihren verschiedenen Schichten erfolgt üblicherweise, indem während der Analyse eine Beziehung zwischen der Analysezeit, während der die Probe dem Ionenbombardement unterliegt, und der Tiefe der resultierenden Strukturtiefe erstellt wird, wobei diese letztere mittels eines Oberflächenmessgeräts gemessen wird. Dieses Messverfahren ist nachteilig, denn es erfordert jedes Mall die Zurückziehung der Probe aus dem Analysator, wenn eine Messung der Tiefe durchgeführt werden muss. Es unterliegt ebenso Ungenauigkeiten.
  • Um diese Nachteile zu beheben, wurde es vorgeschlagen, eine Messvorrichtung zu verwenden, die das Prinzip der optischen Interferometrie einsetzt. Für die Anwendung dieses Prinzips wird ein Bündel monochromatischen und kohärenten Lichts an einem bestimmten Ort in zwei Bündel geteilt. Jedes Bündel breitet sich im Raum entlang einer jeweils eigenen Bahn bis zu einem anderen Ort aus, an dem die zwei Bündel wieder durch ein geeignetes optisches System zu einem einzigen zusammengeführt werden. Das aus dieser Zusammenführung resultierende Bündel besteht aus der Summe von zwei Bündeln, die jeweils verschiedene räumliche Strecken durchlaufen haben, die oft mit dem Begriff "Gangunterschied" bezeichnet werden und die relativ zueinander phasenverschoben sind. Die so erzeugte Phasenverschiebung erzeugt ein System von "Interferenzstreifen", das aus sich abwechselnden geringen und hohen Lichtintensitäten besteht. Je nach Ausführungsform kann das Streifensystem lokalisiert sein oder nicht, ausgedehnt sein oder nicht. Die relative Variation des "Gangunterschieds" wird durch Zählung der Streifen bestimmt, die an einem gegebenen Ort im Raum vorbeiziehen. In diesem System hängt die Qualität der Messung vom Kontrast zwischen hellen und dunklen Streifen und folglich vom Signal-zu-Rausch-Verhältnis sowie der Interpolation ab, die man ausführen kann. Ein bekanntes Interferometer, das nach dem vorgenannten Prinzip funktioniert, ist das Michelson-Interferometer; eine Beschreibung von ihm kann insbesondere auf Seite 135 des allgemeinen Physikkurses "OPTIQUE" der Autoren G. Bruhat und A. Kastler, herausgegeben bei Masson & Cie, 120 Bd. Saint Germain, Paris VIe gefunden werden. Bei diesem Interferometer entspricht die Periode des Streifenmotivs einem Gangunterschied λ, wobei λ die Wellenlänge des Lichtbündels ist. Der Gangunterschied, der aus zwei Hin- und Rückläufen der zwei Bündel zu reflektiertenden Targets resultiert, erlaubt es, eine Variation des relativen Abstandes der zwei Targets mit λ/2 zu messen. Wenn die Lichtquelle beispielsweise ein Helium-Neon-Laser ist, ist λ/2 = 316,5 nm im Vakuum. Diese Auflösung kann durch Interpolation auf λ/8 oder λ/16 verbessert werden, das heißt unter besonderen Bedingungen auf etwa 40 nm. Diese Interferometer bleiben allerdings sehr empfindlich auf Kontrastschwankungen, die durch eventuelle Variationen der Reflektivität eines der zwei Targets hervorgerufen werden können, und ihre Installation in der Analysekammer eines Ionen-Analysators SIMS ist wegen der 90° Orientierung der Umlenkspiegel zueinander, wobei einer des Spiegel an der Oberfläche der Probe selbst ausgebildet ist, sehr schwer zu realisieren.
  • Ein in SIMS-Analysatoren verwendbares Messverfahren ist in einem Artikel mit dem Titel "On-line Sputter Rate Measurements During SIMS, AES Depth Profiling", von M. J. Kempf herausgegeben von A. Benninghoven et al. im Springer-Verlag Berlin-Heidelberg-New York, 1979 beschrieben, und eine Ausführungsform von ihm ist in dem Patent der Vereinigten Staaten von Amerika Nr. 4 298 283 mit der Bezeichnung "Interferometric Measuring Method" beschrieben. Dieses setzt ein Laserinterferometer ein, dessen ausgestrahltes Bündel durch einen Calcitkristall in zwei Wege geteilt wird, bevor es in der Analysenkammer eines SIMS-Analysators in einer Richtung senkrecht zur Probe auf die analysierte Probe geleitet wird. Die zwei reflektierten Bündel werden auf den Calcitkristall zurückgelenkt, um zu einem einzigen Bündel rekombiniert zu werden und ein Interferenzsystem zu bilden, das vom "Gangunterschied" der zwei Bündel abhängt. Eine Vorrichtung dieser Art ist zum Beispiel in dem Patent US-A-5 699 160 beschrieben.
  • Dieses Verfahren erlaubt es, während der ganzen Analysendauer sehr präzise Tiefenmessungen in der Größenordnung eines Nanometers durchzuführen. Umgekehrt erfordert es eine sehr heikle Ausrichtung des Interferometers, denn das Resultat der Messungen hängt sehr von der Orientierung der Probe relativ zur Richtung der zwei Bündel ab.
  • Ein weiteres Verfahren, das ebenso in dem vorgenannten Patent sowie in dem Patent der Vereinigten Staaten von Amerika US 4 353 650 mit der Bezeichnung "Laser Heterodyne Surface Profiler" beschrieben ist, setzt das als Heterodyninterferometrie bekannte Prinzip ein. Es besteht darin, nicht einen Helligkeitsunterschied des Streifensystems zu messen, um das Vorbeilaufen zu zählen, sondern die Phasenverschiebung einer in dem System enthaltenen Information relativ zu der gleichen, in der Lichtquelle vor der Teilung der Bündel enthaltenen Information zu messen. Dieses Verfahren erlaubt es, von Kontrastschwankungen unabhängig zu werden, solange das Signal-zu-Rausch-Verhältnis angemessen bleibt. Die Feinmessung dieser Phasenverschiebung kann 1/256 der zeitlichen Periode erreichen. Wenn das Interferometer derart ist, dass eine Phasenverschiebung einer zeitlichen Periode räumlich einer Verschiebung von λ/2 entspricht, erzielt man eine Auflösung von λ/512, das heißt 1,25 nm. Das Einsetzen eines Heterodyninterferometers erfordert die Verwendung einer Lichtquelle, die nicht mehr monochromatisch ist, sondern zwei Frequenzen umfasst. Diese Quelle emittiert zwei quasi zylindrische Bündel deren Frequenzunterschied in der Größenordnung von 3 MHz oder 20 MHz liegen kann. Die zwei Frequenzkomponenten sind in einer Ebene polarisiert und orthogonal zueinander. Ein Teil des Austrittsbündels wird zu einem Analysator geleitet, der um 45° relativ zu den zwei Polarisationsebenen versetzt ist und der einen Teil der zwei Komponenten in der gleichen Austrittsebene durchtreten lässt. Ein hinter dem Analysator platzierter Photodetektor wird mit der halben Summen- und der halben Differenzfrequenz moduliert. Die halbe Summenfrequenz befindet sich außerhalb des Durchlassbereichs des Detektors und die halbe Differenzfrequenz wird als Phasenreferenz verwendet. Das Ausgangssignal des Photodetektors wird in ein Rechtecksignal umgewandelt. Die zwei orthogonal polarisierten Komponenten werden dann durch ein Interferometer getrennt, um zwei Bündel zu bilden, die auf zwei unterschiedliche Strecken geleitet werden, eine so genannte Referenzstrecke und einen Messstrecke. Nach der Reflexion an ihrem Target, werden die zwei Bündel auf ein und derselben Achse mit orthogonalen und ebenen Polarisationsrichtungen wiedervereinigt, und mit dem Ganzen wird ein Detektor beaufschlagt, der den Gangunterschied der zwei Bündel misst. Der Detektor besteht aus einem um 45° relativ zu den zwei empfangenen Polarisationsrichtungen versetzten Analysator. Ein dahinter liegender Photodetektor empfängt das Summenssignal der zwei Frequenzen und liefert wie der in der Quelle liegende Detektor ein niederfrequentes Rechtecksignal. Wenn die zwei Targets sich nicht relativ zueinander bewegen, hat dieses Signal die gleiche Frequenz wie das durch den Detektor mit einem festen Wert gelieferte, ist aber einfach um einen festen Wert phasenverschoben, der von den Längen der Wege der zwei Bündel abhängt.
  • Wenn man mit f1 die Frequenz des ersten Bündels und mit f2 die Frequenz des zweiten, mit L die Summe der Abstände zwischen der Laserquelle und dem Interferometer und dem Interferometer und dem Detektor, mit L1 die Länge des Messbündels außerhalb des Interferometers und mit L2 die Länge des Referenzbündels bezeichnet, gibt der Gangunterschied ΔL = L1 – L2 bei herkömmlichen Interferometern den Wert der Phasenverschiebung nahe 2kπ an, während bei der Heterodyntechnik die Phasenverschiebung stark vom Gangunterschied ΔL und in vernachlässigbarer Weise von Schwankungen des mittleren Weges L + (L1 + L2)/2 abhängt.
  • Für ein Interferometer des Michelson-Typs entspricht somit einer Relativverschiebung der Targets um λ/2 eine Phasenverschiebung von 2π des räumlichen Signals und eine Schwankung des mittleren Weges induziert keine Änderung. Bei der Heterodyntechnik wird eine relative Verschiebung der Targets um λ/2 einer Phasenverschiebung von 2π des zeitlichen Signal entsprechen.
  • Die Interferometer mit Polarisationsteilung unterscheiden sich voneinander dadurch, dass sie einfach, doppelt, vierfach oder gemischt sind. Eine große Zahl dieser Interferometer wurde durch Hewlett Packard, eine Gesellschaft bürgerlichen Rechts der Vereinigten Staaten von Amerika, gebaut und vertrieben.
  • Um ein Massenspektrometer an die Messung von Strukturtiefen mit sehr geringer Abmessung in einem Ionen-Analysator anzupassen, sind eine bestimmte Zahl von Vorgaben zu erfüllen. Zunächst kommt es nicht in Frage mit zylindrischen Bündeln von 3 mm auf die Strukturtiefen mit Abmessungen in der Größenordnung von 100 μm zu zielen. Andererseits muss der Durchmesser des Bündels am Ort der Strukturtiefe kleiner als 100 μm sein, um Randeffekte zu vermeiden. Ein derartiges Bündel weist leider eine zu große Divergenz auf. Eine Einengung auf 60 μm kann jedoch erhalten werden, indem ein Bündel von 3 mm mit einer aberrationsfreien dünnen Sammellinse mit einer Brennweite von 223 mm fokussiert wird. Angenommen es gelingt, das Bündel auf die Probe zu lenken, dann muss man es jedoch auf der richtigen Achse und mit dem richtigen Durchmesser in das Interferometer zurücklenken. Die Normale zur Probe am Auftreffpunkt fällt nicht zwangsläufig mit der optischen Achse der Sekundärsammelsäule des physikalisch-chemischen Analysators zusammen (Versatz +/–1 mm). Selbst wenn sie zusammenfiele, tritt diese Achse durch mehrere Blenden und Schlitze mit geringen oder gar verschwindenden Abmessungen, wodurch ein Durchtritt dieses Bündels durch diese Achse wegen Problemen mit der Wellenfrontdistorsion, Kollimation und Justierung ausgeschlossen ist. Es scheint vorteilhaft, dass das Bündel schräg einfällt, um dann symmetrisch zur Normalen durch spekuläre Reflexion reflektiert zu werden. Eine Probe aus Polysilizium (kristallin oder polykristallin) weist beispielsweise einen spekulären Reflexionskoeffizienten von ungefähr 30% auf, aber auch eine ausreichend intensive diffuse Reflexion, um mit nacktem Auge bei einem Bündel von 1 mW sichtbar zu sein. Wenn man somit eine photonische Zieloptik beibehält, kann der Auftreffpunkt auf der Probe immer beobachtet werden, um das System so zu justieren, dass es auf den Ort der zukünftigen Strukturtiefe zielt. Der Vorteil der spekulären Reflexion besteht darin, von metallischer Art zu sein und die Polarisation nicht zu stören.
  • Ein erster Lösungsansatz kann darin bestehen, das divergente reflektierte Bündel zu verwenden, das am Ende von 223 mm einen Durchmesser von 3 mm aufweisen wird. Es würde dann genügen, es durch eine zweite Linse mit 223 mm zu refokussieren, um es für das Interferometer akzeptabel zu machen. Unter diesen Bedingungen kann es durch einen komplexen Satz von Spiegeln umgelenkt werden, wenn darauf geachtet wird, die Orientierung der Polarisationsebene zu bewahren. Wenn man zum Beispiel das Hewlett Packard Interferometer HP 10702A verwendet, kann das Bündel 12,7 mm neben seinen Ausgangspunkt zurückgelenkt werden.
  • Eine mögliche Montage kann eine Art Gabel sein, die den Hauptkörper umspannt, wobei ein Arm das Interferometer, den Laserkopf und den Detektor und der andere das Umlenksystem umfasst. Die Visierlinie wird eingestellt, indem die Gabel mechanisch um den Körper bewegt wird. Aber bei dieser Lösung erfordert jede selbst winzige Veränderung der "Verkippung" der Probe, das heißt ihrer Position relativ zu den festen Referenzachsen des Analysators, eine Neujustierung des Ganzen. Der Messarm durchläuft einen Teil der Säule und einen Teil der Gabel. Seine Länge bleibt sehr empfindlich auf Vibrationen der Probe und die Längenausdehnung der Elemente. Die Fundamentalauflösung ist λ/2, das heißt λ/512 = 1,2 nm nach einer Verarbeitung.
  • Ein zweiter Ansatz kann darin bestehen, das reflektierte Bündel durch einen Planspiegel in sich selbst und damit auf die Probe zurückzulenken. Der Nachteil besteht darin, dass es, wenn man es divergieren lässt, auf Höhe des Interferometers einen unzulässigen Durchmesser und einen Querschnitt von mehreren mm auf Höhe der Probe aufweisen wird. Es wird auf einer unebenen Oberfläche schlecht reflektiert und wird durch seinen großen Durchmesser beim Durchgang beeinträchtigt. Eine Lösung bestände darin, es auf die Probe zurückzulenken, indem man es mit dem gleichen Öffnungswinkel refokussiert. Es genügt dann, einen sphärischen Spiegel zu verwenden, dessen Krümmungsmittelpunkt fast mit dem Auftreffpunkt auf der Probe zusammenfällt. Diese Anordnung weist mehrere erhebliche Vorteile auf. Solange das Bündel die Oberfläche des Spiegels trifft, wird es unabhängig von der Verkippung der Probe in sich selbst zurückgelenkt. Wenn die Oberfläche des Spiegels kompatibel mit der mechanischen Umgebung ist, ist eine Roll- und Nicktoleranz von +/–0,1° akzeptabel. Die Ausrichtung dieses Spiegels ist sehr einfach: das durch den Spiegel gegebene Bild des ersten Auftreffpunkts ist ein zweiter Punkt mit gleicher Abmessung auf der Probe, der mit diesem zusammenfällt, wenn der Spiegel ausgerichtet ist. Eine einfache "Kipp"-Bewegung des Spiegels um zwei Achsen genügt, um die zwei Flecken auf der Probe zusammen fallen zu lassen. Da der Messarm zwei Hin- und Rückläufe ausführt, erlaubt es das so realisierte Doppelinterferometer, eine Fundamentalauflösung von λ/4 und von λ/1024 = 0,6 nm nach Verarbeitung zu erzielen. Das zurücklaufende Bündel tritt wieder durch die gleiche Fokussierlinse und wird daher in sich selbst in das Interferometer mit einem Durchmesser von 3 mm zurückgelenkt. Unter diesen Bedingungen sollte die Verwendung eines Interferometers des Typs Hewlett Packard HP 10705A passend sein, mit dem Nachteil jedoch, dass der Referenzarm im Interferometer liegt, dass das System nicht differentiell arbeitet und es daher empfindlich auf den absoluten Wert des Messarms ist. Wenn der Zentralkörper aus der Legierung L316 besteht und die Probe zumindest 160 mm vom Interferometer entfernt ist, führt eine einfache Temperaturschwankung des Materials von 1°C zu einer Schwankung dieses Abstandes um etwa 2500 nm. Eine Schwankung kleiner als 1 nm/s erfordert eine stabile Temperatur besser als 1/2500°C/s.
  • Um diese Nachteile zu beheben, kann eine andere Lösung darin bestehen, ein Differenzinterferometer zu verwenden, wobei die zwei Arme auf die Probe gelenkt werden, einer in die Strukturtiefe und der andere auf die Oberfläche in der Nähe der Strukturtiefe. Der Gangunterschied hängt im Prinzip nur von der Tiefe der Strukturtiefe und vom Einfallswinkel ab. Die durch die zwei nahen Bündel gegebenen Interferenzen werden nicht beeinträchtigt werden, wenn sie durch mindestens 100 μm zwischen ihren Achsen beabstandet sind. Ein Wert von 200 μm kann gewählt werden. Es kann dann in Betracht kommen, Hewlett Packard Interferometer des Typs HP 10715A oder HP 10719A zu verwenden, die zwei parallele doppelte Messarme besitzen. Wenn die vier Bündel auf diese Weise auf die Probe gelenkt werden, wobei ein einziges in der Strukturtiefe ist, beträgt die Fundamentalauflösung daher nicht λ/8, sondern λ/4 wie bei der zweiten Lösung. Wenn man nur ein Bündel von jedem Arm verwendet, indem die zwei anderen mit am Interferometer befestigten Spiegeln blockiert werden, ist die erhaltene Auflösung dennoch λ/4, mit einem Bündel in der Strukturtiefe und dem anderen in dessen Nähe auf der Oberfläche.
  • Das Problem besteht dann darin, die zwei Bündel so zu fokussieren, das zwei Flecken mit 60 μm erhalten werden, die etwa 200 μm benachbart sind, und sie in sich selbst zurückzulenken. Selbst wenn es gelingt, mit einem einzigen sphärischen Spiegel zwei diesen Bedingungen gehorchende Flecken auf der Probe zu erzeugen, wobei ihre Achsen parallel zueinander sind oder nicht, kann man dessen Mittelpunkt jedoch nur auf einem einzigen Flecken oder zwischen den beiden positionieren. Wenn er auf einen einzelnen positioniert wird, dann wird der zweite Strahl an einem Punkt der Probe reflektiert, der symmetrisch relativ zum Mittelpunkt ist. Es wird damit sehr komplex, ihn ins Interferometer zurückzulenken, und in diesem Fall wird der Gangunterschied nicht nur von der Tiefe der Strukturtiefe abhängen. Wenn er zwischen die zwei gesetzt wird, wird jeder Fleck auf den anderen reflektiert und der gesamte Gangunterschied wird Null und die zurücklaufenden Bündel liegen zudem nicht mehr vollständig auf den Achsen der hinlaufenden Bündel. Durch zwei Spiegel mit um 200 μm beabstandeten Mittelpunkten zum Umlenken von Bündeln mit Durchmessern größer als 2 mm wird das Problem unlösbar.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Messvorrichtung zu realisieren, die auf dem Prinzip der Heterodyninterferometrie beruht und ein Interferometer mit Polarisationsteilung verwendet, das nicht die Nachteile der vorgenannten Interferometer aufweist.
  • Gegenstand der Erfindung ist hierzu ein Verfahren zur Messung von Strukturtiefen während ihrer Bildung auf einer Probe, die im Inneren einer Analysekammer eines physikalisch-chemischen Analysators platziert ist, durch optische Interferometrie, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht:
    • – ein einfallendes Laserbündel mit zwei Frequenzen in zwei parallele Arme zu teilen, einen Messarm und einen Referenzarm,
    • – jeden der zwei Arme in einer relativ zur Oberfläche der Probe geneigten Richtung auf die Oberfläche der Probe zu fokussieren, den einen jeweils in die Strukturtiefe und den anderen in die Nähe davon,
    • – die zwei von der Oberfläche der Probe reflektierten Bündel zu rekombinieren, um ein einzelnes Bündel zu bilden,
    • – und mit dem rekombinierten Bündel einen interferometrischen Detektor zu beaufschlagen, um den Gangunterschied zwischen den zwei reflektierten Bündeln zu messen.
  • Gegenstand der Erfindung ist ebenso eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat den hauptsächlichen Vorteil, dass sich seine zwei Messarme in der Analysekammer des Ionen-Analysator befinden; dies vermeidet zum Beispiel eine Kompensation für den Brechungsindex von Luft. Es erlaubt es, Differenzmessungen der Tiefe der Strukturtiefe durchzuführen. Indem schließlich jede Strecke verdoppelt wird, ist es erfindungsgemäße möglich, eine Fundamentalauflösung von λ/4 zu erzielen; dies gibt eine Auflösung von 0,6 nm nach Verarbeitung, wenn ein Helium-Neon-Laser verwendet wird. Es hat auch den Vorteil, raumsparend und unempfindlich auf die "Verkippung" der Probe zu sein, insbesondere wenn es einen Probenwechsel gibt.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung hervorgehen, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt, die folgendes wiedergeben:
  • 1 eine Prinzipskizze einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Differenzinterferometer zur Messung von Strukturtiefen mit kleinen Abmessungen,
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Differenzinterferometer,
  • die 3 und 4 zwei Ausführungsformen des Bündelumlenksystems, das zur Ausführung des Interferometers von 2 verwendet wird,
  • 5 eine detaillierte Ausführungsform des Interferometers von 2.
  • Wie in 1 dargestellt ist, setzt das erfindungsgemäße Verfahren ein Differenzinterferometer mit Strahlteilung ein, das einen Messarm 1 und einen relativ zur Oberfläche 3 einer zu testenden Probe 4 geneigten Referenzarm 2 im Inneren einer Kammer 5 eines Ionen-Analysators umfasst. Die den Messarm bildenden Bündel werden aus einem Laserbündel 6 erhalten, das durch eine Laserquelle 7 mit zwei Frequenzen erzeugt wird. Ein optisches Teilersystem 8 teilt das Laserbündel 6 in zwei parallele Bündel 9, 10 die den Messarm 1 beziehungsweise den Referenzarm 2 bilden und die durch die Linse 18 auf die Oberfläche 3 der Probe 4 fokussiert werden, und zwar der eine in die Höhlung einer Strukturtiefe 11 während der Abtragung durch ein Bündel von durch den Ionen-Analysator emittierten Teilchen 12 und den anderen neben die Strukturtiefe 11. Die Bündel 9 und 10 werden nach der Reflexion auf der Oberfläche 3 der Probe 4 dann durch ein zweites optisches Teilersystem 13, das zum ersten 8 identisch ist, rekombiniert und durch eine Linse 17 kollimiert. Ein interferometrischer Detektor 14 empfängt das vom zweiten optischen Teilersystem 13 kommende rekombinierte und kollimierte Bündel. Die optischen Teilersysteme der Bündel 8 und 13 können durch jede Art von Polarisationsteilervorrichtung oder auch durch doppelbrechende Kristalle gebildet werden. Der Ausführungsform von 1 zufolge ist die Auflösung, die erhalten werden kann, λ/2.
  • Eine Auflösung von λ/4 kann entsprechend der Ausführungsform von 2 erhalten werden, in der die Elemente, die denjenigen von 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt sind. Bei dieser Ausführungsform werden die auf der Probe 4 reflektierten Bündel durch ein Umlenksystem 15 in sich selbst zurückgeworfen, das am Ausgang der zweiten optischen Strahlteilervorrichtung 13 platziert ist. Sie werden dann durch die den Eingang bildende optische Teil- und Fokussiervorrichtung 8 rekombiniert, die in umgekehrter Richtung durchlaufen wird. Im Unterschied zum Differenzinterferometer von 1, umfasst das in 2 dargestellte eine optische Vorrichtung 14bis, zum Beispiel in Form eines halbdurchlässigen Spiegels, die das durch die optische Teilervorrichtung 8 wiedervereinigte, zurücklaufende Bündel teilt, um das wiedervereinigte, zurücklaufende Bündel zum Detektor 14 zu lenken. Das in 2 dargestellte System weist den Vorteil einer Auflösung von λ/4 relativ zu derjenigen von 1 auf und ist unempfindlich auf Ausrichtfehler der Probe 4 in der Analysekammer. Wie für das System von 1 sind die Strahlteiler 8 und 13 identisch und können durch jede Art von bekannten Polarisationsteilern oder durch einen doppelbrechenden Kristall gebildet werden. Wie in den 3 und 4 dargestellt ist, kann das Umlenksystem 15 von einem sphärischen Spiegel oder einem mit einer Sammellinse 17 verknüpften Planspiegel gebildet werden.
  • Ein detaillierteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung von 2 ist in der Perspektivansicht von 5 gezeigt, in der homologe Elemente mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt sind. In diesem Beispiel werden die Strahlteiler 8 und 13 von Calcitkristallen oder Islandspat CaCO3 gebildet. Der Kristall 13 ist zwischen dem sphärischen Umlenkspiegel 15 und der Probe 4 platziert. Die auf den Spiegel 15 einfallenden und reflektierten Bündel werden verschmolzen und treten durch den Krümmungsmittelpunkt des Spiegels. Sie transformieren sich zwischen dem Kristall 13 und der Probe 4 in zwei parallele, um etwa 0,2 mm beabstandete Bündel. Diese Bündel konvergieren auf der Probe 4 in zwei Flecken von 60 μm, wobei der eine der zwei quasi mit dem Krümmungsmittelpunkt des Spiegels 15 zusammenfällt. Mit diesen zwei Bündeln sind zwei divergente, parallele Bündel verknüpft, die bezogen auf die Richtung senkrecht zur Oberfläche 3 der Probe symmetrisch zu denen des ersten sind. Mit diesen zwei divergenten Bündeln wird der zweite Calcitkristall 8 beaufschlagt, um sie zu einem einzigen Bündel von durch eine Sammellinse 18 parallelen Strahlen wiederzuvereinen. Dieses Bündel transportiert dann in einer Richtung den durch den Laserkopf 7 emittierten Laserstrahl 6 und in Richtung zum Detektor 14 den aus der Summe der zwei auf der Probe 4 reflektierten Bündel resultierenden Strahl. Wie in 2 sorgt der halbdurchlässige Spiegel 14bis für die Abtrennung des resultierenden Strahls, mit dem der Detektor 14 beaufschlagt wird, vom Laserbündel. Umlenkspiegel 19 und 20 sind in den optischen Wegen der zwei Messarme 1 und 2 angeordnet, um die optischen Achsen des sphärischen Spiegels 15 und der Sammellinse 18 in einer Richtung senkrecht zur Achse der Säule X, Y des Ionenanalysators auszurichten, während die geneigten Richtungen der auf die Probe 4 konvergierenden und divergierenden Bündel bewahrt werden. Diese Anordnung erleichtert die Konstruktion des Interferometers im Inneren des Hauptkörpers, wobei insbesondere der Raum frei bleibt, der für die Zirkulation der aus der Probe gelösten Sekundärionen in Richtung der Achse der Säule notwendig ist. Eine an der Wand der Analysekammer befestigte Blende 21 erlaubt es, den Laserkopf 7 und den Detektor 14 vom Rest der das Interferometer bildenden Komponenten zu isolieren; durch diese Blende tritt das gemeinsame Bündel, mit dem der halbdurchlässige Spiegel 14bis beaufschlagt wird.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Messung von Strukturtiefen während ihrer Bildung auf einer Probe (4), die im Inneren einer Analysekammer eines physikalisch-chemischen Analysators plaziert ist, durch optische Interferometrie, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht: – ein einfallendes Laserbündel (6) mit zwei Frequenzen in zwei parallele Arme zu teilen, einen Messarm (1) und einen Referenzarm (2), – jeden der zwei Arme (1, 2) in einer relativ zur Oberfläche (3) der Probe (4) geneigten Richtung auf die Oberfläche (3) der Probe zu fokussieren, den einen jeweils in die Strukturtiefe und den anderen in die Nähe davon, – die zwei von der Oberfläche der Probe reflektierten Bündel zu rekombinieren, um ein einzelnes Bündel zu bilden, – und mit dem rekombinierten Bündel einen interferometrischen Detektor (14) zu beaufschlagen, um den Gangunterschied zwischen den zwei reflektierten Bündeln zu messen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserbündel (6) durch identische Strahlteiler (8, 13) geteilt und dann rekombiniert wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserbündel durch identische Polarisationsteiler (8, 13) geteilt und dann rekombiniert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsteiler (8, 13) doppelbrechende Kristalle sind.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, die zwei auf die Oberfläche (3) der Probe (4) fokussierten Bündel durch einen auf den Auftreffpunkt zentrierten sphärischen Spiegel (15) durch Autokollimation zu dem interferometrischen Detektor (14) zurückzulenken, indem man die Bündel einen optischen Weg durchlaufen lässt, der invers zu dem Weg der Fokussierung der zwei Arme auf die Probe (4) ist, wodurch das System unempfindlich auf Ausrichtfehler der Probe wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, die zwei zurückgelenkten Bündel zu einem Bündel paralleler Strahlen zu rekombinieren, das mit dem Laserbündel (6) des einfallenden Bündels verschmilzt, bevor der interferometrische Detektor (14) damit beaufschlagt wird.
  7. Vorrichtung zur Messung von Strukturtiefen während ihrer Bildung auf einer Probe (4), die im Inneren einer Analysekammer eines Ionen-Analysators plaziert ist, durch, dadurch gekennzeichnet, dass sie folgendes umfasst: – einen Laser (7) zur Emission eines einfallenden Laserbündels mit zwei Frequenzen, – ein erstes Strahlteilermittel (8) zum Trennen des einfallenden Laserbündels in zwei parallele Arme, einen Messarm (1) und einen Referenzarm (2), – ein Fokussiermittel (18), um jeden der zwei Arme (1, 2) entlang einer relativ zu der Oberfläche (3) der Probe (4) geneigten Einfallsrichtung auf die Oberfläche (3) der Probe zu fokussieren, den einen jeweils in die Vertiefung und den anderen in die Nähe davon, – ein Mittel zum Rekombinieren (13) der zwei an der Oberfläche der Probe reflektierten Bündel, um ein einzelnes Bündel zu bilden, – ein interfereometrisches Detektionsmittel (14), um den Gangunterschied zwischen den zwei reflektierten Bündeln zu messen, wobei der Laser und das Detektionsmittel außerhalb der Analysekammer platziert sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Rekombinieren (13) der zwei reflektierten Bündel durch ein Strahlteilermittel gebildet wird, das identisch zu dem ersten Strahlteilermittel ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es Reflexionsmittel (15) umfasst, um die zwei reflektierten Bündel zu dem interferometrischen Detektor (14) entlang eines optischen Weges zu lenken, der invers zum Fokussierweg der zwei Arme auf die Probe (4) ist, wodurch die Fundamentalauflösung der Vorrichtung verdoppelt wird.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsmittel von einem sphärischen Spiegel (15) gebildet werden.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsmittel von einem Planspiegel (15) gebildet werden, der mit einer Sammellinse (17) gekoppelt ist.
  12. Vorrichtung nach eine der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die die Strahlteilermittel (8, 13) Polarisationsteilermittel sind, die von doppelbrechenden Calcitkristallen gebildet werden.
DE69923489T 1998-03-13 1999-03-09 Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Strukturtiefen einer Probenoberfläche Expired - Fee Related DE69923489T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9803133A FR2776061B1 (fr) 1998-03-13 1998-03-13 Procede et dispositif pour la mesure de fonds de crateres dans un analyseur physico-chimique
FR9803133 1998-03-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69923489D1 DE69923489D1 (de) 2005-03-10
DE69923489T2 true DE69923489T2 (de) 2006-02-16

Family

ID=9524036

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69923489T Expired - Fee Related DE69923489T2 (de) 1998-03-13 1999-03-09 Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Strukturtiefen einer Probenoberfläche

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6259530B1 (de)
EP (1) EP0942261B1 (de)
JP (1) JPH11325831A (de)
DE (1) DE69923489T2 (de)
FR (1) FR2776061B1 (de)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6879862B2 (en) * 2000-02-28 2005-04-12 Roy-G-Biv Corporation Selection and control of motion data
US6384087B1 (en) * 2000-09-01 2002-05-07 University Of Tennesseee Research Corporation, Inc. Materials and methods for the treatment or prevention of obesity
US6873419B2 (en) * 2001-11-16 2005-03-29 National Research Council Of Canada Method and apparatus for three-dimensional compositional mapping of heterogeneous materials
FR2837931B1 (fr) * 2002-03-29 2004-12-10 Cameca Dispositif de mesure de l'emission de rayons x produite par un objet soumis a un faisceau d'electrons
US20050254065A1 (en) * 2004-05-12 2005-11-17 Stokowski Stanley E Method and apparatus for detecting surface characteristics on a mask blank
US7347134B2 (en) * 2004-09-29 2008-03-25 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. No touch dispenser for sheet material with automatic advance
US7453577B2 (en) * 2004-12-14 2008-11-18 Asml Netherlands B.V. Apparatus and method for inspecting a patterned part of a sample
CN103822592B (zh) * 2014-03-18 2016-08-24 重庆交通大学 一种利用移动通讯设备进行道路坑洞深度测量的方法
CN104949631B (zh) * 2014-03-27 2017-12-15 纽富来科技股份有限公司 曲率测定装置以及曲率测定方法
KR101691493B1 (ko) * 2015-09-03 2017-01-02 서강대학교산학협력단 평행빔 간섭계용 시료 카트리지 및 이를 이용한 바이오칩
FR3060736B1 (fr) 2016-12-16 2019-05-24 Horiba Jobin Yvon Sas Methode et instrument de mesure de profondeur de gravure par interferometrie polarimetrique differentielle et appareil de spectrometrie de decharge luminescente comprenant un tel instrument de mesure

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0694427A (ja) * 1992-07-31 1994-04-05 Hitachi Ltd 加工溝深さ検出方法とその装置、並びにイオンミリング装置および電子・光学素子製造方法
US5523839A (en) * 1994-02-28 1996-06-04 Minnesota Mining & Manufacturing Differential optical interferometric profilomenty for real time manufacturing control
US5699160A (en) * 1996-09-23 1997-12-16 International Business Machines Corporation Optical apparatus for inspecting laser texture

Also Published As

Publication number Publication date
EP0942261A1 (de) 1999-09-15
JPH11325831A (ja) 1999-11-26
FR2776061A1 (fr) 1999-09-17
US6259530B1 (en) 2001-07-10
DE69923489D1 (de) 2005-03-10
EP0942261B1 (de) 2005-02-02
FR2776061B1 (fr) 2000-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4310209C2 (de) Optische stationäre Bildgebung in stark streuenden Medien
DE102005009064B4 (de) Systeme, die polarisationsmanipulierende Retroreflektoren verwenden
DE4201511C5 (de) Positionsdetektor und Verfahren zur Positionsmessung
DE69922109T2 (de) Interferometrische Vorrichtung zum Sichtbarmachung von Optischen Reflexion- und/oder Transmissionscharakteristiken im inneren eines Objektes
DE19721843C1 (de) Interferometrische Meßvorrichtung
DE3702203A1 (de) Verfahren zum messen von relativbewegungen
WO1999057506A1 (de) Modulationsinterferometer und faseroptisch getrennte messsonde mit lichtleitern
EP0281906A2 (de) Interferometer zur Messung von optischen Phasendifferenzen
EP0011708A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Ebenheit, der Rauhigkeit oder des Krümmungsradius einer Messfläche
EP3183535B1 (de) Verfahren zur rekonstruktion eines urbildes mit einem linsenlosen dreidimensionalen selbst-interferometer mit wellenfrontinversion.
DE1572713B2 (de) Laser interferometer
WO1984004810A1 (en) Method and device for the contact-free measurement of the actual position and/or the profile of rough surfaces
DE69923489T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Strukturtiefen einer Probenoberfläche
DE2814006A1 (de) Abtastinterferometer
DE102019205527A1 (de) Diffraktiver Biosensor
EP1031868B1 (de) Kompensierter Parallel-Strahlteiler mit zwei Platten sowie Interferometer
EP3797256A1 (de) Oct-system und oct-verfahren
DE19950778A1 (de) Geometrisch-Entsensibilisiertes Interferometer, das einen optischen Aufbau mit hoher Streustrahlmanagementfähigkeit enthält
EP3924764B1 (de) Vorrichtung zum optischen messen und mehrfachspiegel
EP1507137B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur polarisationsabhängigen und ortsaufgelösten Untersuchung einer Oberfläche oder einer Schicht
DE102011085599B3 (de) Vorrichtung und Verfahren zur interferometrischen Vermessung eines Objekts
DE19628200A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Durchführung interferometrischer Messungen
DE19721882C2 (de) Interferometrische Meßvorrichtung
DE102011005937B4 (de) Vorrichtung zur interferentiellen Abstandsmessung
DE102004049646A1 (de) Optik-Baugruppe für ein Interferometer

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee