DE69931779T2

DE69931779T2 - Ellipsometrisches verfahren und kontrollvorrichtung zur herstellung einer dünnschichtkomponente

Info

Publication number: DE69931779T2
Application number: DE69931779T
Authority: DE
Inventors: Bernard Drevillon
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date: 1998-06-16
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2019-06-12
Also published as: EP1086355A1; DE69931779D1; ATE329224T1; EP1086355B1; FR2779825B1; JP2002518665A; WO1999066286A1; FR2779825A1; AU4049499A; US6914675B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuerungsvorrichtung für die Herstellung einer Dünnschicht komponente. Diese Herstellung erfolgt vorzugsweise durch Dissoziation von Gas.
Es sind derartige Verfahren und Vorrichtungen bekannt, welche insbesondere für die Herstellung von Halbleiterkomponenten verwendet werden. Zahlreiche Halbleiterkomponenten setzen die Abscheidung von häufig zahlreichen Schichten auf einem Substrat voraus, deren Zusammensetzung und Dicke wesentlich sind, um die Qualität der hergestellten Produkte sicherzustellen.
Es wurden bereits Verfahren zur Echtzeit-Überwachung dieser Schichten durch Ellipsometrie in Echtzeit im Verlauf ihrer Herstellung vorgeschlagen und eingesetzt. Bis jetzt beruhen die eingesetzten Ellipsometriemessungen auf der vereinfachten, auch klassisch genannten, Ellipsometrie, welche darauf abzielt, die für die Probe charakteristischen „Parameter ψ und Δ" zu messen. Die Oberfläche des Objekts bildet ein System, es wird durch einen Lichtstrahl beleuchtet, welcher reflektiert wird, und der Polarisationszustand des reflektierten (unter Umständen transmitierten) Strahls wird mit demjenigen des eintreffenden Strahls verglichen. Die Variation des Polarisationsvektors wird durch Reflexionskoeffizienten R_s und R_p, senkrecht bzw. parallel zu der Eintreffebene, beschrieben (R_s und R_p sind komplexe Amplituden).
Das System ist somit allgemein charakterisiert durch die Winkel ψ und Δ, welche verknüpft sind mit den Verhältnissen (R_p/R_s) durch die Beziehung tgψ·exp(iΔ)=(Rp/Rs).
Diese klassischen Ellipsometrieverfahren wurden regelmäßig verbessert. Es kann insbesondere auf das europäische Patent EP-0 663 590 verwiesen werden, welches ein moduliertes spektroskopisches Ellipsometer zum Gegenstand hat. Sie sind zufriedenstellend bei Messungen an isotropen Schichten, welche ebene Grenzflächen aufweisen.
Aus den Dokumenten FR-2731074, FR-2755254 und dem Artikel „Polarized light scattering by silicon oxide thin film edge on silicon: an experimental approach for thin film thickness determination" von Shium Chao in „Measurement Science and Technology", Vol. 1 (1990), Nr. 11, Seiten 1237-1243 sind ebenfalls verschiedene Messverfahren und -vorrichtungen bekannt.
In zahlreichen Fällen ist es allerdings erwiesen, dass diese Messungen unzureichend sind, um ein Herstellungsverfahren zu charakterisieren. Insbesondere wenn das System anisotrop ist, zeigen sich Kopplungen zwischen den Polarisationsmoden.
Dies rührt daher, dass die Jones-Matrix, welche die allgemein bei der klassischen Ellipsometrie berücksichtigten Parameter darstellt, die Form aufweist:
R_ps, R_sp sind Null, wenn das System isotrop ist, und wenigstens einer von ihnen ist es nicht, wenn es anisotrop ist. Daher ist ein anisotropes System durch das Verhältnis R_p/R_s unzureichend charakterisiert.
Allgemeiner ist die Müller-Ellipsometrie bekannt, welche von der Feststellung ausgeht, dass der polarimetrische Zustand eines Lichtflusses vollständig dargestellt ist durch einen vierdimensionalen Vektor, genannt Stokes-Vektor
und dass Modifikationen, welche durch ein System eingeführt werden, dargestellt werden durch eine Matrix mit Größe 4x4, die somit 16 Koeffizienten aufweist, welche Müller-Matrix genannt wird.
Verfahren und Vorrichtungen, welche auf die Messung der 16 Koeffizienten der Müller-Matrix abzielen, ermöglichen die Charakterisierung eines Systems auf allgemeine Weise. Allerdings ist leicht einzusehen, dass die Gewinnung von 16 Parametern bei Ellipsometriemessungen das Zurückgreifen auf hochentwickelte Messvorrichtungen und eine schwerfällige Datenverarbeitung voraussetzt, was teure Vorrichtungen und häufig zeitaufwändige Verarbeitungen voraussetzt. Bis jetzt konnten diese zu langsamen und zu schweren Geräte nicht für die Überwachung von Herstellungs- oder Bearbeitungsverfahren in Echtzeit genutzt werden.
Die Müller-Matrix wird allgemein auf folgende Weise dargestellt:
Es ist bekannt, dass diese Matrix sich im Rahmen eines einfachen, isotropen Systems (bis auf eine multiplikative Konstante) auf folgende Weise darstellt:
wobei N=cos(2ψ), S=sin(2ψ)sinΔ und C=sin(2ψ)cosΔ.
Ebenso ist es in dem Fall eines nicht depolarisierenden anisotropen Systems auch möglich, die Parameter der Jones-Matrix aus denjenigen der Müller-Matrix zu gewinnen.
Ein nicht depolarisierendes System ist ein System, welches die Polarisationsrate p=1 nicht verändert, welche für einen Stokes-Vektor
definiert ist durch
Es ist somit ein Verhältnis hergestellt zwischen den Parametern ψ und Δ, welche bei der ersten Kategorie von oben dargestellten vereinfachten Ellipsometriemessungen verwendet werden, und den Parametern der Müller-Matrix, welche bei dieser zweiten Kategorie von Messverfahren vorliegen.
Die Verwendung der kinetischen Messung der Ellipsometriewinkel ψ und Δ, um in Echtzeit ein Bearbeitungsverfahren zu ü berwachen, ist bekannt und beispielsweise beschrieben in den US-Patenten 5,277,747 vom 11.01.1994 und 5,131,752 vom 21.07.1992. Allerdings kann dieses Verfahren nicht außerhalb des Anwendungsgebiets der herkömmlichen Ellipsometrie verwendet werden, welches definiert ist durch das Nichtvorhandensein von Depolarisationsphänomenen oder einer Anisotropie auf Ebene des gemessenen oder überwachten Objekts. Insbesondere wurde festgestellt, dass bestimmte Systeme die Durchführung von signifikanten vereinfachten Ellipsometriemessungen nicht ermöglichen, wie diejenigen, welche den isotropen Systemen entsprechen, welche ebene Grenzflächen aufweisen, welche einfach durch die Parameter ψ und Δ charakterisiert werden.
Nun machen aber viele Bearbeitungsverfahren für Dünnschichten die Berücksichtigung von Depolarisationsphänomenen des Lichts unvermeidbar, beispielsweise die Abscheidung von optischen Strukturen auf transparenten dicken Substraten (Glas, Polymere), welche Kohärenzverluste induzieren. Derzeitige mikroelektronische Schaltungen weisen systematisch anisotrope Muster auf der Submikrometerskala auf und induzieren Brechungsphänomene (vergleichbar zu einem Gitter) und Depolarisationsphänomene (Oberflächenrauhigkeiten in der Größenordnung der Wellenlänge).
Die Erweiterung von herkömmlichen Ellipsometrieverfahren auf die Überwachung von mikroelektronischen Ätzverfahren wurde versucht, auf im Wesentlichen empirische Weise, ohne Brechungs- und Depolarisationsphänomene zu berücksichtigen (europäisches Patent 0 653 621 A1; S. Vallon et al., J. Vac. Sci. Technol. A15, 1997, S. 865; H. L. MAYNARD et al., J. Vac. Sci. Technol. B15, 1997, S 109). Derartige Verfahren, auch wenn sie in ganz bestimmen Fällen zufriedenstellend erscheinen können, können auf keinen Fall verallgemeinert wer den. Außerdem zielen sie stets darauf ab, einen Ätzstopp anhand einer sprunghaften Variation der Ellipsometriewinkel (verbunden mit dem Erscheinen einer darunter liegenden Schicht) zu identifizieren. Solche Signaturen können nicht auf andere Ätzverfahren verallgemeinert werden. Insbesondere sind solche empirischen Verfahren nicht verwendbar in dem Fall von homogenen Ätzverfahren, welche nicht das Erscheinen von darunter liegenden Schichten veranlassen. Dies ist beispielsweise der Fall bei der Ausbildung von Isolationseinschnitten zwischen Transistoren.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Herstellung einer Dünnschichtkomponente vorzuschlagen, welche in Situationen anwendbar sind, wenn klassische Ellipsometriemessungen nicht möglich sind.
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Herstellung einer Dünnschichtkomponente, bei welchen:

– eine Ellipsometriemessung an dem Objekt durchgeführt wird, welches durch seine Müller-Matrix dargestellt ist,
– in Echtzeit die Herstellung in Abhängigkeit von der Ellipsometriemessung überwacht wird.

Erfindungsgemäß werden vorab wenigstens gewisse mit der Müller-Matrix verknüpfte Parameter bestimmt, welche zur Charakterisierung der Herstellung geeignet sind, und einzelne dieser Parameter werden aus der Ellipsometriemessung gewonnen. Diese zur Charakterisierung der Herstellung geeigneten Parameter sind wenigstens zwei Parameter, welche sich von den El lipsometriewinkeln ψ und Δ und den trigonometrischen Funktionen derselben unterscheiden.
Es wurde nämlich erdacht und bestätigt, dass selbst wenn die klassische Ellipsometrie nicht anwendbar ist, weil die Messungen der Winkel ψ und Δ zu Ungenauigkeiten führen und nicht die Überwachung eines Steuerverfahrens zur Herstellung eines bestimmten Objekts ermöglichen, es möglich bleibt, bestimmte mit der Müller-Matrix verknüpfte Parameter zu bestimmen, welche für die Charakterisierung der Herstellung verwendbar sind.
Erfindungsgemäß kann nämlich die Gesamtheit der Parameter der Müller-Matrix verwendet werden, um die Herstellung zu überwachen.
In anderen Fällen wird zunächst das Herstellungsverfahren untersucht, indem die Gesamtheit von Parametern der Müller-Matrix mit Hilfe eines Müller-Ellipsometers gemessen wird. Die Untersuchung der so erhaltenen Ergebnisse ermöglicht es, bestimmte Parameter dieser Matrix zu gewinnen, welche entweder unmittelbar Koeffizienten derselben sein können oder Kombinationen dieser Koeffizienten, die zur Charakterisierung der Herstellung geeignet sind, welche zahlenmäßig weniger sind als die Koeffizienten der Matrix selbst und welche leichter zugänglich sind als die Gesamtheit dieser Koeffizienten der Müller-Matrix. Sobald diese Parameter bestimmt sind, werden dann einzelne von ihnen für die Charakterisierung der Herstellung in ihrer laufenden Verwendung genutzt.
Die Bestimmung dieser Parameter kann auch aus dem Know-how der Betreiber resultieren, ohne dass es für sie notwendig wä re, auf eine Vorabmessung der Gesamtheit von Koeffizienten der Müller-Matrix zurückzugreifen.
Bei verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen weist das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Eigenschaften auf, welche jeweils ihre besonderen Vorteile haben und dazu geeignet sind, gemäß zahlreichen technisch möglichen Kombinationen verwendet zu werden:

– die Herstellung erfolgt durch Dissoziation von Gas und wird durch ein Gaspanel gesteuert;
– das Objekt ist anisotrop und/oder depolarisierend;
– die zur Charakterisierung der Herstellung geeigneten Parameter sind eine Linearkombination von Zeilen der Müller-Matrix;
– die zur Charakterisierung der Herstellung geeigneten Parameter sind eine Linearkombination von Spalten der Müller-Matrix;
– das hergestellte Objekt ist eine Halbleiterkomponente;
– es wird die Abscheidung einer Schicht überwacht;
– es wird die Ätzung einer Schicht überwacht;
– es wird die Zusammensetzung der Schicht überwacht;
– es wird die Dicke der Schicht überwacht;
– das Gaspanel versorgt einen Plasmareaktor;
– das Gaspanel steuert die Gasdurchflüsse;
– die Gase, deren Durchflüsse gesteuert werden, sind Teil der Gruppe, welche gebildet ist durch Stickstoff N₂, Ammoniak NH₃, Wasserstoff H₂, Methan CH₄, Helium He, Silan SiH₄, Sauerstoff O₂, Stickstoffoxid N₂O.

Die Erfindung betrifft auch eine Anlage, welche den Einsatz dieser verschiedenen Verfahren ermöglicht.
Vorzugsweise umfasst diese Anlage:

– einen gekoppelten Modulator am Eingang und/oder
– ein Polarimeter am Ausgang.

Die Erfindung wird hiernach genauer unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine vereinfachte Darstellung einer die Erfindung einsetzenden Herstellungsanlage ist. Sie umfasst einen Plasmareaktor, ein Gasinjektionssystem und ein Phasenmodulationsellipsometer;
2 schematisch einen Eingangszweig darstellt, welcher bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung verwendbar ist;
3 die Verwirklichung eines Eingangszweigs von 2 zeigt;
4 einen Ausgangszweig darstellt, welcher bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung verwendbar ist.
Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird die Überwachung an einem anisotropen System, welches keine Depolarisation einführt, betrachtet.
Der Effekt der Probe ist somit dargestellt durch eine Jones-Matrix der Form:
Die klassische Phasenmodulationsellipsometrie kann somit eingesetzt werden. Es ist bekannt, dass die Messintensität bei Vorhandensein eines (allgemein photoelastischen) Modulators, welcher eine Phasenverschiebung δ(t) hervorruft, I = Io + Ic cosδ(t) + Is sinδ(t)ist, mit in der ersten Ordnung δ(t)=a sin ωt, und dass
Man erhält somit: mit A = 90°, Mo = 0° Io = 1 + tan2 ψ'' Ic = 2 tan ψ'' cos Δ'' Is = 2 tan ψ'' sin Δ'',mit A = 90°, M_o = 90° Io = 1 + tan2 ψ'' Ic = –2 tan ψ'' cos Δ'' Is = –2 tan ψ'' sin Δ'',mit A = 0°, Mo = 0° Io = tan2 ψ + tan2 ψ' Ic = 2 tan ψ' tan ψ cos Δ' Is = 2 tan ψ' tan ψ sin Δ',mit A = 0°, Mo = 90° Io = tan2 ψ + tan2 ψ' Ic = –2 tan ψ' tan ψ cos Δ' Is = –2 tan ψ' tan ψ sin Δ'.
A und M_o stellen die Ausrichtungen des Analysators bzw. des Modulators bezüglich der Eingangsebene dar.
Diese Koeffizienten können bei einer festen Wellenlänge oder bei mehreren gemessen werden. Die Überwachung erfolgt in Echtzeit, indem die Verläufe der Parameter oder Messparameterkombinationen mit Sollwerten verglichen werden, welche vorab gespeichert oder mit Hilfe von theoretischen Modellen simuliert wurden.
Bei der ersten Ausführungsform kann die Messung des Systems durch ein in der 1 dargestelltes Phasenmodulationsellipsometer bewerkstelligt werden. Es umfasst einen Phasenmodulator (Eingangszweig) und einen Polarisator (Ausgangszweig). Es wird somit vorgeschlagen, in Echtzeit ein Bearbeitungsverfahren für Dünnschichten (Abscheidung oder Ätzung) ausgehend von der kinetischen Messung von Komponenten der Müller-Matrix des Systems oder von Kombinationen oder Funktionen dieser Elemente zu überwachen. Es wird auch ermöglicht, eine anisotrope nicht polarisierende Umgebung gemäß dem oben beschriebenen Verfahren zu charakterisieren.
Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird die Überwachung eines depolarisierenden Systems betrachtet. Die Darstellung des Systems durch eine Jones-Matrix ist somit unzureichend, und es muss auf die Müller-Matrix zurückgegriffen werden.
Im Unterschied zu einem „herkömmlichen" Phasenmodulationsellipsometer, welches einen einfachen Phasenmodulator am Eingang und einen Analysator am Ausgang umfasst, umfasst bei dem Einsatz der zweiten Ausführungsform das Ellipsometer einen Polarisationszustandsgenerator am Eingang und/oder ein Polarimeter am Ausgang.
Der Eingangszweig des Ellipsometers ist in 2 schematisch dargestellt. Er umfasst einen Linearpolarisator 120 und einen gekoppelten Modulator 106, welcher zwei Phasenmodulatoren 121 und 122 und ein Kopplungssystem 123 vom Teilpolarisator- und Phasenverschieber-Typ umfasst. Die zwei Phasenmodulatoren 121 und 122 haben die gleiche Ausrichtung und das Kopplungssystem 123 ist zwischen ihnen eingefügt und überträgt den eintreffenden Strahl 110 des ersten Phasenmodulators 121 in Richtung des zweiten Phasenmodulators 122.
Vorzugsweise sind die Ausrichtungen der verschiedenen Elemente die folgenden. Wenn der eintreffende Strahl 110 eine Richtung und eine Ausbreitungsrichtung und eine Eingangsebene, welche durch diese Ausbreitungsrichtung und die Probe 2 defi niert ist, aufweist, wird ein Koordinatensystem gebildet, welches eine erste x-Achse senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung und in der Eingangsebene, eine zweite y-Achse senkrecht zu der Eingangsebene und eine dritte Achse parallel zu der Ausbreitungsrichtung und in der gleichen Richtung ausgerichtet umfasst, wobei dieses Koordinatensystem rechtshändig ist. Der Polarisator 120 ist somit ein perfekt entlang der y-Achse ausgerichteter Polarisator. Die zwei Phasenmodulatoren 121 und 122 sind identisch und in der x-y-Ebene entlang Richtungen ausgerichtet, welche mit der y-Achse Winkel α1 bzw. α2 ausbilden. Die Winkel α1 und α2 sind vorteilhafterweise identisch und vorzugsweise gleich Π/4. Das Kopplungssystem 123 ist entlang der x-Achse ausgerichtet.
Im Betrieb wird der eintreffende Strahl 110 durch den Polarisator 120 linear polarisiert und unterliegt dann einer gekoppelten Doppelmodulation aufgrund der Phasenmodulatoren 121, 122 und des Kopplungssystems 123. Das Kopplungssystem 123 gewährleistet zwei Funktionen: eine Teilpolarisation (unvollständiger Polarisator) und eine Phasenverschiebung, welche die vier Komponenten des Stokes-Vektors S modulieren.
Gemäß einer besonderen Ausführung dieses Eingangszweigs, dargestellt in 3, polarisiert ein Polarisator 120 wie derjenige, welcher unter dem Namen „Glan-Thomson-Polarisator" vermarktet wird, den eintreffenden Strahl 110 linear, und ein gekoppelter Modulator 106, welcher einen einzigen Phasenmodulator 121 und ein Kopplungssystem 161 vom Teilpolarisator- und Phasenverschieber-Typ umfasst, arbeitet in Reflexion. Der Phasenmodulator 121 ist derart zwischen dem Polarisator 120 und dem Kopplungssystem 161 eingefügt, dass er eine erste Modulation des polarisierten eintreffenden Strahls 110 erzeugt und ihn in Richtung des Kopplungssystems 161 aussendet, wobei das letztere den eintreffenden Strahl 110 in Richtung des Phasenmodulators 121 wieder aussendet, welcher eine zweite Modulation erzeugt. Der gekoppelte Modulator 106 umfasst auch einen zwischen dem Polarisator 120 und dem Modulator 121 angeordneten Spiegel, welcher den zweifach modulierten Strahl 111 in Richtung der Probe reflektiert.
Somit ist der Polarisator 120 entlang einer y-Achse ausgerichtet und der Modulator 121 ist in einer x-y-Ebene entlang einer Richtung, welche einen Winkel α3 mit der x-Achse bildet, ausgerichtet, wobei α3 gleich 45° ist. Das Kopplungssystem 161 ist was dies anbetrifft entlang der x-Achse ausgerichtet, so dass ein Rücklauf des eintreffenden Strahls 110 parallel zum Hinweg ermöglicht wird. Der Spiegel 162 sendet vorteilhafterweise den Strahl 111 entlang der y-Achse senkrecht zu der x-Achse aus.
Der Modulator 121 ist vorteilhafterweise ein elektrooptischer Modulator (eine Pockels-Zelle). Ein solcher Modulator 121 ermöglicht eine externe Steuerung der Phasenverschiebung und gestattet eine Durchlassbreite, welche über 100 MHz hinausgeht.
Der Phasenmodulator 121 kann außerdem ein photoelastischer Modulator sein; man erhält dann eine erweiterte Wellenlängenskala und ein großes optisches Fenster.
Vorteilhafterweise emittiert die Lichtquelle Laserstrahlen 113, 114 bei mehreren Wellenlängen. Das Ellipsometer umfasst dann einen beweglichen Spiegel, welcher es ermöglicht, die gewünschte Wellenlänge auszuwählen.
Der in der 4 dargestellte Ausgangszweig umfasst vorteilhafterweise einen Strahlteiler 130, welcher den Messstrahl in wenigstens vier Sekundärstrahlen 116–119 aufteilt. Er umfasst auch Polarisationsanalysatoren 136–139, welche jedem der Sekundärstrahlen 116–119 einen unterschiedlichen Polarisationszustand verleihen, und Photodetektoren 131–134, welche jeweils die Intensitäten I1-I4 der Sekundärstrahlen 116–119 erfassen. Wenn beispielsweise die Zahl der Sekundärstrahlen 116–119 vier ist, sind die Polarisationsanalysatoren 136–139 jeweils nichts, ein Linearpolarisator mit 90°, ein Linearpolarisator mit –45° und die Verbindung eines Viertelwellenlängenplättchens mit 45° und eines Polarisators mit 90°.
Dieses Müller-Ellipsometer ermöglicht die erfindungsgemäße Überwachung von Verfahren. Wie allerdings bereits weiter oben angedeutet wurde, können zahlreiche Verfahren mit einem vereinfachten ellipsometrischen Aufbau, welcher intermediär genannt wird, überwacht werden. Es können somit in dem Eingangszweig ein gekoppelter Modulator oder auch ein einziger Phasenmodulator am Eingang und ein Polarimeter am Ausgang verwendet werden, wobei jede dieser Konfigurationen die Messung von mehr als zwei mit der Müller-Matrix verknüpften Koeffizienten ermöglicht.
Es wird somit vorgeschlagen, in Echtzeit ein Bearbeitungsverfahren für Dünnschichten (Abscheidung oder Ätzung) durch die kinetische Messung von Kombinationen oder Funktionen dieser Elemente zu überwachen, welche andere sind als die zwei „herkömmlichen" Ellipsometriewinkel ψ und Δ (oder Kombinationen oder trigonometrische Funktionen derselben).
Es können folglich bei der zweiten Ausführungsform, indem intermediäre Konfigurationen genutzt werden, die folgenden Messungen erhalten werden:

– mit nur einem gekoppelten Modulator am Eingang, d.h. indem direkt die Energie des durch die Probe reflektierten Lichtflusses gemessen wird, werden die Koeffizienten der ersten Zeile der Müller-Matrix M erhalten;
– mit einem gekoppelten Modulator am Eingang und einem Analysator am Ausgang, können Linearkombinationen der Zeilen der Müller-Matrix erhalten werden, beispielsweise die Summe der zwei ersten Zeilen, wenn der Analysator mit dem Winkel A=0 ausgerichtet ist, und die Summe der ersten und der dritten, wenn seine Ausrichtung A=45° ist;
– mit einem einfachen Modulator am Eingang und einem Polarimeter am Ausgang werden abhängig von der Ausrichtung des Eingangsmodulators Linearkombinationen von Spalten der Müller-Matrix M erhalten.

Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung kann auch ein klassisches Ellipsometer mit Phasenmodulation verwendet werden, welches auf die folgende Weise die gleichzeitige Messung von zwei Elementen der Müller-Matrix ermöglichen kann: Durch die Messung der normalisierten Müller-Matrix (m₀₀=1, die 15 anderen Parameter der Matrix sind unbekannt) durch herkömmliche Ellipsometrie (es wird überall angenommen, dass die Ausrichtung des Polarisators P=45° ist) erhält man:

1. In der klassischen Konfiguration mit Polarisator-Modulator-Probe-Analysator (AMSP) können die ersten drei Zeilen der Matrix (somit 12-1=11 Parameter) gemessen werden, in dem die Ausrichtungen des Modulators M₀=0° (oder M₀=90°) mit den vier Ausrichtungen des Analysators (A=0°, 90°, 45°, -45°) einerseits und M₀=45° (oder -45°) andererseits kombiniert werden. Dies ergibt somit insgesamt acht Messkonfigurationen (jede Konfiguration liefert uns zwei gemessene Größen).
2. Indem die Ausbreitungsrichtung des Lichts umgekehrt wird, was sehr zahlreichen aktuellen Ausführungen von Ellipsometern entspricht (Polarisator-Probe-Modulator-Analysator), befindet man sich in der ASMP-Konfiguration, in welcher es möglich ist, durch die gleiche Zahl von Messkonfigurationen (8) die Transponierte der Matrix M zu messen, d.h. die drei ersten Spalten (11 Elemente). Wenn jedoch bereits Messungen in 1. durchgeführt wurden, würden vier zusätzliche Konfigurationen ausreichen (und nicht mehr acht), beispielsweise mit M₀=0° (oder 90°), um die Matrix auf 14 gemessene Elemente zu vervollständigen. Im Ergebnis, können alle Elemente bis auf eins (insgesamt 14) der normalisierten Matrix M gemessen werden, indem 12 Konfigurationen durchlaufen werden und einmal die Strahlrichtung umgekehrt wird (wenn man darüber hinaus die Reflektivität messen könnte, hätte man die Matrix nicht normalisieren und demnach 15 der 16 Elemente bestimmen können, es gäbe jedoch stets ein fehlendes Element m33). Die Überbestimmung von Parametern (24 gemessene Größen für 14 Elemente) kann verwendet werden, um Mittelwerte zu bilden.

Die Bearbeitungsverfahren, auf welche hier abgezielt wird, sind im Wesentlichen die Plasmaabscheidung von Dünnschichten und Strukturen mit mehreren Schichten oder mit Zusammensetzungsgradienten (optische Filter) bzw. die (Plasma-)Ätzung von mikroelektronischen Komponenten. Allgemeiner kann das vorgeschlagene Überwachungsverfahren für andere Bearbeitungsverfahren angewendet werden, welche Gase oder metallorgani sche Verbindungen verwenden (CVD: Chemical Vapor Deposition und MOCVD), oder auf Verfahren verallgemeinert werden, welche auf der Verwendung von festen Quellen oder Zielen basieren (Kathodenzerstäubung, Vakuumverdampfung, Molekularstrahlepitaxie...). In dem letzteren Fall wird die Gegenreaktion ausgehend von Ellipsometriemessungen nicht durch ein Management von Gasen bewerkstelligt, sondern über andere Kontrollparameter (Ströme, Temperatur, ...).
Die Herstellungsanlage umfasst eine Plasmakammer 1, in welcher das Substrat 2 angeordnet ist, welches beispielsweise das Ursprungsteil des Wafers von herzustellenden Halbleitern ist. Dieses Substrat ist an einer Halterung 3 befestigt. Der Druck in der Plasmakammer 1 wird durch Wirkung der Pumpe 4 erhalten, welche mit dieser durch die Leitungsanordnung 5 verbunden ist. Das Gaspanel 6 versorgt durch die Leitungsanordnung 7 die Plasmakammer 1. Es ist jeweils verbunden mit Gaszuführungen für Stickstoff N₂ 61, für Ammoniak NH₃ 62, für Wasserstoff H₂ 63, für Methan CH₄ 64, für Helium He 65, für Silan SiH₄ 66, für Sauerstoff O₂ 67 oder für Stickstoffoxid N₂O.
Die Eingänge 62–65 sind jeweils mit der Leitungsanordnung 7 über einen Durchflussmesser 621, 631, 641, 651 und ein Ventil 622, 632, 642, 652 verbunden.
Die Zuführung für Silan 66 ist mit zwei Durchflussmessern 661 und 671 und zwei Ventilen 662 und 672 verbunden.
Eine Abführung 8 in Richtung der Abläufe ermöglicht es, die korrekte Funktion dieses Gaspanels sicherzustellen.
Die Bearbeitung von Schichten auf dem Substrat 2 in der Plasmakammer 1 wird mit Hilfe eines Ellipsometers 9 überwacht, welches aus einem Emissionskopf 91 und einer Aufnahmeanordnung 92 besteht.
Der Emissionskopf 91 umfasst eine Quelle 911, welche durch eine optische Faser 912 mit einer Anordnung verbunden ist, die durch einen Polarisator 913 und einen Phasenmodulator 914 gebildet ist.
Die Aufnahmeanordnung 92 umfasst einen Polarisator-Analysator 921, welcher durch eine optische Faser 922 mit einem Monochromator 923 gefolgt von einem Photodetektor 924 verbunden ist.
Das Ellipsometer 9 wird durch eine Verarbeitungseinheit 93 überwacht, welche durch einen Rechner 94 gesteuert wird.
Die Verarbeitungseinheit 93 steuert den Polarisator 913 und den Modulator 914 durch elektrische Verbindungen 931 bzw. 932 und empfängt das Signal des Detektors 924 durch die elektrische Verbindung 934. Seine Verbindung mit dem Rechner 94 wird durch die elektrische Verbindung 95 gewährleistet.
Das Gaspanel 6 wird durch eine Verarbeitungseinheit 10 überwacht, mit welcher es durch die Verbindungen 11 verbunden ist. Diese Verarbeitungseinheit 10 steuert auch über die Verbindung 12 die Pumpe 4 und/oder die Leistung des Plasmagenerators. Sie wird durch einen Mikrocomputer 13 gesteuert, welcher wiederum über eine Verbindung 14 mit dem Mikrocomputer 94 verbunden ist.
Somit ermöglicht es das Ellipsometer 9, über die Verarbeitungseinheit 93 und den Mikrocomputer 94 die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Schicht im Verlauf der Abscheidung auf dem Substrat 2 zu erhalten. Diese Informationen werden verglichen mit Eigenschaften des herzustellenden Produkts (und unter Umständen mit ihrer zeitlichen Variation), welche vorab in den Rechner 94 eingespeichert wurden.
Das Ergebnis dieses Vergleichs steuert über die Verbindung 14 die von dem Rechner 13 an die Verarbeitungseinheit 10 gelieferten Befehle, welche die Art und die Konzentration von durch das Kontrollpanel 6 in die Plasmakammer 2 eingeführten Gasen bestimmen.
Es wird somit eine vollständige Überwachung des Herstellungsprozesses und somit eine Optimierung der so hergestellten Produkte erzielt.
Wie es weiter oben angedeutet wurde, erweist sich die Messung der Parameter ψ und Δ, welche traditionell durch vereinfachte ellipsometrische Messungen zugänglich sind, häufig als unzureichend oder schlecht geeignet, so dass es häufig notwendig ist, bei den Vorrichtungen des Stands der Technik auf dem Substrat 2 eine Stelle vorzusehen, welche speziell für die Überwachungsmessungen bestimmt ist und für die Herstellung verloren ist.
Die Verarbeitungseinheit 93 und der Rechner 94 sind derart programmiert, dass die Überwachung der auf der Probe 2 deponierten Schicht durch eine kleine Anzahl von vorab bestimmten Parametern realisiert werden kann.

Claims

Steuerungsverfahren für die Herstellung eines anisotropen und/oder depolarisierenden Objekts (2), bei welchem: – eine Ellipsometriemessung an dem Objekt durchgeführt wird, welches durch seine Müller-Matrix dargestellt ist, – in Echtzeit die Herstellung in Abhängigkeit von der Ellipsometriemessung überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Herstellung des Objekts gewisse Parameter der Müller-Matrix bestimmt werden, welche zur Charakterisierung der Herstellung geeignet sind, und dass einzelne dieser Parameter während der Herstellung aus der Ellipsometriemessung extrahiert werden, wobei die Parameter zahlenmäßig wenigstens zwei sind und sich in den Ellipsometriewinkeln ψ und Δ und den trigonometrischen Funktionen derselben unterscheiden.
Steuerungsverfahren für die Herstellung eines Objekts nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt anisotrop ist.
Steuerungsverfahren für die Herstellung eines Objekts nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt depolarisierend ist.
Steuerungsverfahren für die Herstellung eines Objekts nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt Brechungsphänomene induziert.
Steuerungsverfahren für die Herstellung eines Objekts nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Charakterisierung der Herstellung geeigneten Parameter eine Linearkombination von Zeilen der Müller-Matrix sind.
Steuerungsverfahren für die Herstellung eines Objekts nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Charakterisierung der Herstellung geeigneten Parameter eine Linearkombination von Spalten der Müller-Matrix sind.
Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass das hergestellte Objekt eine Halbleiterkomponente ist.
Steuerungsverfahren für die Herstellung eines Objekts nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ellipsometriemessung eine Schicht während ihrer Abscheidung charakterisiert.
Steuerungsverfahren für die Herstellung eines Objekts nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ellipsometriemessung eine Schicht während ihrer Ätzung charakterisiert.
Steuerungsverfahren für die Herstellung eines Objekts nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ellipsometriemessung die Zusammensetzung der Schicht charakterisiert.
Steuerungsverfahren für die Herstellung eines Objekts nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ellipsometriemessung die Dicke der Schicht charakterisiert.
Steuerungsverfahren für die Herstellung eines Objekts nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung durch Dissoziation von Gas erfolgt und sie durch ein Gaspanel (6) kontrolliert wird.
Steuerungsverfahren für die Herstellung eines Objekts nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaspanel einen Plasmareaktor (1) versorgt.
Steuerungsverfahren für die Herstellung eines Objekts nach einem der Ansprüche 2 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaspanel die Gasdurchflüsse kontrolliert.
Anlage zur Herstellung eines anisotropen und/oder depolarisierenden Objekts, umfassend ein Ellipsometer, welches die Durchführung einer Messung an dem Objekt (2) ermöglicht, welches durch seine Müller-Matrix dargestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ellipsometer Mittel umfasst, um in Echtzeit Parameter zu messen, welche vor der Herstellung des Objekts bestimmt und zur Charakterisierung der Herstellung geeignet sind, wobei die Parameter zahlenmäßig wenigstens zwei sind und sich von den Ellipsometriewinkeln ψ und Δ und den trigonometrischen Funktionen derselben unterscheiden, wobei die Parameter Parameter der Müller-Matrix sind.
Anlage zur Herstellung eines Objekts nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch Dissoziation von Gas erfolgt.
Anlage zur Herstellung eines Objekts nach einem der Ansprüche 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie am Eingang einen gekoppelten Modulator (106) umfasst.
Anlage zur Herstellung eines Objekts nach einem der Ansprüche 15–17, dadurch gekennzeichnet, dass sie am Ausgang ein Polarimeter umfasst.
Anlage zur Herstellung eines Objekts nach einem der Ansprüche 15–18, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Einsatz des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–14 ausgestaltet ist.