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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gegenstand
der Erfindung ist ebenso eine Vorrichtung zur Durchführung des
vorgenannten Verfahrens.
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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.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
hervorgehen, die auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug nimmt, die folgendes wiedergeben:
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1 eine
Prinzipskizze einer Ausführung eines
erfindungsgemäßen Differenzinterferometer zur
Messung von Strukturtiefen mit kleinen Abmessungen,
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Differenzinterferometer,
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die 3 und 4 zwei
Ausführungsformen
des Bündelumlenksystems,
das zur Ausführung des
Interferometers von 2 verwendet wird,
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5 eine
detaillierte Ausführungsform
des Interferometers von 2.
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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.
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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.
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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.