EP0736171A1 - Schnelles spektroskopisches ellipsometer - Google Patents

Schnelles spektroskopisches ellipsometer

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Publication number
EP0736171A1
EP0736171A1 EP95905090A EP95905090A EP0736171A1 EP 0736171 A1 EP0736171 A1 EP 0736171A1 EP 95905090 A EP95905090 A EP 95905090A EP 95905090 A EP95905090 A EP 95905090A EP 0736171 A1 EP0736171 A1 EP 0736171A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
acousto
radiation beam
measuring
filter
radiation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP95905090A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Fukarek
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.)
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Original Assignee
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
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Publication date
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Publication of EP0736171A1 publication Critical patent/EP0736171A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/447—Polarisation spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211—Ellipsometry

Definitions

  • the invention relates to an ellipsometric measuring method according to the preamble of claim 1 and a device for carrying it out.
  • Ellipsometry is an optical method of investigation, particularly in solid-state and surface physics, in which totally polarized light of a certain wavelength strikes the sample at a relatively large angle of incidence (close to the angle of total reflection).
  • the reflected light is generally elliptically polarized.
  • the polarization state of the reflected light characterized by the direction and ratio of the main axes, and possibly also the absolute value of the amplitude are measured.
  • ellipsometry is used to measure the optical constants and the thickness of thin layers, e.g. Oxide layers and films. It is also possible to analyze multilayer systems and inhomogeneous or anisotropic layers. Ellipsometric measurements can also be used for structure elucidation (roughness, density, microcrystallinity, composition).
  • a laser or a combination of several lasers is very often used as the light source.
  • the quite simple construction of these devices is advantageous since no dispersive elements are required.
  • the high intensity and quality of the laser beam is also advantageous.
  • the main disadvantage of these egg lipometers is that spectroscopic measurements are in principle not possible with these designs.
  • the measuring light wavelength is not freely selectable.
  • spectroscopic egg lipometers A large number of different arrangements are known for spectroscopic egg lipometers. The most widespread is the use of grating monochromators or grating / prism monochromators as the dispersive element and a Xe short-arc lamp or a halogen lamp as the light source. It is advantageous with these arrangements that monochromators are available which cover a very large spectral range (for example 200 ... 2000 nm), the order filters being changed automatically. These devices can also be used for real-time in-situ measurements if the monochromator is set to a fixed wavelength. If, however, measurements are to be carried out with several wavelengths, the achievable measuring speed decreases sharply due to the time required to move the grating (and possibly a filter).
  • the parallel measuring light beam must be focused on the input slit.
  • the quality of the optics used and the maximum permissible slit opening at the desired spectral resolution intensity losses in the measuring light can occur as a result.
  • the present invention consists in an ellipsometric measuring method with which in situ both time-resolved with any number of freely selectable measuring light wavelengths and non-time-resolved measurement can be carried out quasi-continuously without the need for a modification on the device.
  • the invention has the advantage that the number and position of the measuring light wavelengths can be freely selected.
  • the time required for setting the measuring light wavelength is considerably shortened compared to the methods known in the prior art and is independent of the previously set measuring light wavelength. It is not necessary to focus on an entry slit.
  • Figure 1 is a schematic overall view of the ellipsometric measurement setup according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic overall view of an alternative embodiment of the ellipsometric measurement setup according to the invention.
  • Fig. 3 is a schematic representation of the operation of an acousto-optical filter.
  • the measuring setup shown in FIG. 1 contains a spectrally broadband radiation source 1, such as a xenon lamp, with a spectral characteristic which preferably covers the entire visible and parts of the infrared spectral range.
  • the broadband radiation beam is coupled into an optical waveguide 2, which is connected to an objective 3.
  • the objective 3 is used to prevent the divergent radiation emerging from the optical waveguide 2 parallelize bundles or focus on the sample.
  • a zoom lens can be used as the lens 3.
  • a spectrally narrow-band, linearly polarized radiation beam is diffracted from the broadband input radiation. This is post-polarized with a polarizer 5, whereupon it strikes the flat surface of a sample 6 to be examined.
  • the reflected radiation beam is generally elliptically polarized and strikes an analyzer 7 whose direction of polarization can be changed.
  • the radiation intensity of the reflected radiation beam is measured behind the analyzer 7 by a radiation detector 8.
  • the output signal of the radiation detector 8 is fed to a current-voltage converter / amplifier 9 or an analog / digital converter. Its output signal is fed into an input of a personal computer (PC) 10 and further processed there with suitable computer programs.
  • PC personal computer
  • the polarization direction of the analyzer 7 is varied and the dependence of the radiation intensity on the angular position of the analyzer 7 is measured.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of an egg lipometer according to the invention.
  • the acousto-optically tunable filter (4) is arranged in the beam path behind the sample (6) in a modification of the measurement setup according to FIG. 1.
  • the sample (6) is thus irradiated with spectrally broadband radiation, the wavelength selection only being carried out with the radiation beam reflected on the sample.
  • the acousto-optically tunable filter (4) as shown here, is arranged between the analyzer (7) and the radiation detector (8).
  • a phase-modulating element for example an electro-optical retarder, is used instead of a rotating polarizer or analyzer.
  • a non-collinear acousto-optical filter 4 is shown schematically in FIG.
  • Such a filter is known per se in the prior art and e.g. in the company name "AOTF SPECTROSCOPY” by BRIMROSE, 5020 Campbell Boulevard. , Baltimore, MD 21236.
  • the filter essentially consists of a TeO "crystal 43 with two plane-parallel ground end faces.
  • An ultrasonic transducer 42 is applied on one side.
  • the ultrasonic transducer is e.g. a piezoelectric transducer that converts an electrical signal from a high-frequency generator 41 into ultrasonic waves.
  • Ultrasound waves 44 generated in this way propagate in the acousto-optical medium and are absorbed in an acoustic absorber 45 attached to the opposite crystal surface.
  • the spectrally broadband radiation beam 46 falls into the crystal with a small angle of inclination against the ultrasonic wave front.
  • two diffracted, linearly polarized and monochromatic radiation beams 48 and 49 are generated.
  • the non-diffracted radiation beam 47 (zero order) and the diffracted radiation beam 49 are masked out by means of a diaphragm device 50.
  • the monochromatic radiation beam 48 is used for the measurement.
  • the wavelength of the diffracted radiation beams 48 and 49 can be adjusted.
  • An angle dependency of the diffracted radiation beam of the wavelength can be corrected by using a prism positioned behind the filter.
  • a non-collinear filter is a preferred embodiment of the present invention.
  • a collinear type filter can also be used.
  • the number and position of the measuring wavelengths are determined beforehand for a measuring process.
  • Each of these measuring wavelengths corresponds to a specific electrical signal frequency to be set on the high-frequency generator 41. This can of course be done, on the one hand, by manually operating the high-frequency generator 41.
  • a personal computer PC 10 can also be connected to the high-frequency generator 41 by a signal line 11. In this way, the wavelength selection can be controlled by the PC. This can be done by manually entering the next measuring wavelength to be selected on the keyboard of the PC, whereupon the PC sends a signal to the high-frequency generator via the signal line 11 for setting the required high-frequency electrical frequency.
  • an automatic measuring program can also run on the PC 10, which contains the measuring wavelengths to be used.
  • the program automatically calls the next measurement wavelength and sends a corresponding signal to the high-frequency generator 41 via the signal line 11.
  • the sequence of the measuring process for a measuring wavelength can be indicated to the measuring program in a suitable manner, for example by the current-voltage converter / amplifier 9.
  • the setting of the measuring Wavelength can thus occur very quickly and in a purely electronic way without mechanically moving parts and without changing the geometry of the measuring light beam.
  • Another advantage of the method according to the invention is that focusing on an entrance slit, e.g. when using a grating monochromator, is not required. Rather, in the present case, the measuring beam with its beam cross section traverses the acoustically optically tunable filter.
  • Another advantage of the method according to the invention is that the light intensity striking the radiation detector 8 can be electronically controlled.
  • the spectral intensity distribution of the light source, the spectral dependence of the absorption of the optical components of the egg lipometer and the spectral sensitivity of the detector can be compensated so that the signal measured at the detector has no significant spectral dependency, so that the maximum dynamic range of the analog / Digital converter can be used.
  • the control of the light intensity can e.g. by varying the radiation cross section of the spectrally broadband radiation beam in the acousto-optical filter or by varying the signal amplitude of the voltage signal generated in the high-frequency generator 41. In this case, information about the required signal amplitude is transmitted on the signal line 11 in addition to the information required for the wavelength selection.

Abstract

Ein ellipsometrisches Meßverfahren hoher Meßgeschwindigkeit bei einer beliebigen Anzahl und Reihenfolge von Meßlichtwellenlängen, das insbesondere zur in-situ-Messung von Prozessen an einer Substratoberfläche geeignet ist. Zur schnellen Wellenlängenselektion wird eine breitbandige Strahlungsquelle (1) und ein akustooptisch abstimmbares Filter (4) verwendet, das von einem PC (10) gesteuert werden kann.

Description

Schnelles spektroskopisches Eilipsometer
Die Erfindung betrifft ein ellipsometrisches Meßverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zu seiner Durchführung.
Die Ellipsometrie ist eine optische Untersuchungsmethode besonders der Festkörper- und Oberflächenphysik, bei der total polarisiertes Licht einer bestimmten Wellenlänge unter einem relativ großen Einfallswinkel (nahe dem Winkel der Totalreflexion) auf das Probenstück auftrifft. Das reflektierte Licht ist im allgemeinen elliptisch polarisiert. In Abhängigkeit von der Frequenz des einfallenden Lichtes werden der Polarisationszustand des reflektierten Lichtes, charakterisiert durch Richtung und Verhältnis der Hauptachsen, und gegebenenfalls auch der Absolutwert der Amplitude gemessen. In der Oberflächenphysik dient die Ellipsometrie zur Messung der optischen Konstanten und der Dicke von Dünnschichten, z.B. Oxid¬ schichten und Filmen. Darüberhinaus ist eine Analyse von Vielschichtsystemen und von inhomogenen oder anisotropen Schichten möglich. Ellipsometrische Messungen können ebenfalls zur Strukturaufklärung (Rauhigkeit, Dichte, Mikro- kristallinität, Zusammensetzung) genutzt werden.
Die Entwicklung auf dem Gebiet der Ellipsometrie in den letzten Jahren hat dazu geführt, daß zwei Arten von Eilipsometern unterschieden werden können. Diese sind einerseits Echtzeit-in-situ-Ellipsometer, mit denen in statu nascendi bei einer oder einigen wenigen festen Wellenlängen gemessen wird. Der wichtigste Parameter dieser Geräte ist die Meßgeschwindigkeit. Sie muß größer als die meßbare Änderung der optischen Eigenschaften des Meßobjektes sein, die durch den Prozeß, z.B. das Aufwachsen einer Schicht, an der Schicht oder Oberfläche hervorgerufen wird. Die zweite Gruppe sind spektroskopische Eilipsometer, mit denen quasi-kontinuierlich in einem bestimmten Wellenlängen¬ bereich gemessen wird.
Bei Eilipsometern für Echtzeit-in-situ-Messungen wird als Lichtquelle sehr oft ein Laser oder eine Kombination von mehreren Lasern verwendet. Vorteilhaft ist der recht ein¬ fache Aufbau dieser Geräte, da keine dispersiven Elemente erforderlich sind. Außerdem ist die hohe Intensität und Qualität des Laserstrahles vorteilhaft. Der wesentliche Nachteil dieser Eilipsometer besteht darin, daß spektros¬ kopische Messungen mit diesen Aufbauten prinzipell nicht möglich sind. Außerdem ist die Meßlichtwellenlänge nicht frei wählbar.
Für spektroskopische Eilipsometer ist eine Vielzahl ver¬ schiedener Anordnungen bekannt. Am weitesten verbreitet ist die Verwendung von Gittermonochromatoren oder Gitter/Prismen- Monochromatoren als dispersives Element und einer Xe-Kurz- bogenlampe oder einer Halogenlampe als Lichtquelle. Vorteil¬ haft bei diesen Anordnungen ist, daß Monochromatoren verfüg¬ bar sind, die einen sehr großen Spektralbereich abdecken (z.B 200...2000 nm) , wobei automatisch ein Wechsel der Ordnungsfilter erfolgt. Diese Geräte können ebenfalls für Echtzeit-in-situ-Messungen verwendet werden, wenn der Mono- chromator auf eine feste Wellenlänge eingestellt wird. Soll jedoch mit mehreren Wellenlängen gemessen werden, so nimmt die erreichbare Meßgeschwindigkeit durch die zum Verfahren des Gitters (und eventuell eines Filters) erforderliche Zeit stark ab. Hierdurch sind Echtzeit-Messungen bei mehreren Wellenlängen mit einem derartigen Aufbau nicht möglich. Eine bekannte Alternative ist die Auskopplung mehrerer Spektral¬ linien am Ausgang des Monochromators mit Hilfe von Licht¬ leitern. Hierbei ist jedoch für jede Meßlichtwellenlänge ein eigener Detektor erforderlich, und die Lage der Meßlicht¬ wellenlängen ist nicht mehr frei wählbar. Bei der Wahl zwischen spektroskopischer Messung und schneller Messung mit einigen festen Wellenlängen ist bei diesen Aufbauten eine Veränderung des Strahlenganges erforderlich. Bei einer anderen bekannten Anordnung, mit der Echtzeit-Messungen möglich sind, wird als Detektoreinheit ein optischer Viel- kanalanalysator (OMA = Optical Multichannel Analyzer) ver¬ wendet. Die typische Meßzeit dieser Geräte für ein ellipso- metrisches Spektrum liegt bei 1 s. Bei diesen Geräten wird stets im gesamten Spektralbereich des OMA gemessen. Eine Vergrößerung der Meßgeschwindigkeit durch Verringerung der Zahl der Meßlichtwellenlängen ist hierbei nicht möglich. Die Korrektur der spektralen Empfindlichkeit des OMA, der spektralen Intensitätsverteilung der Lichtquelle sowie der spektralen Abhängigkeit der Absorption der optischen Kom¬ ponenten des Eilipsometers ist bei diesen Anordnungen nur durch korrigierende Filter realisierbar, da bei allen Wellenlängen gleichzeitig gemessen wird.
Bei allen Aufbauten, die einen Monochromator oder einen OMA verwenden, ist eine Fokussierung des parallelen Meßlicht¬ strahles auf den Eingangsspalt erforderlich. In Abhängigkeit von der Ausdehnung der .Lichtquelle, der Qualität der ver¬ wendeten Optiken und der maximal zulässigen Spaltöffnung bei der gewünschten spektralen Auflösung können hierdurch Intensitätsverluste beim Meßlicht auftreten.
Es ist demgemäß Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein ellipsometrisches Meßverfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, mit dem die Einsatz¬ möglichkeiten der ellipsometrischen Meßtechnik erweitert werden können. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Meßgeschwindigkeit der ellipsometrischen Meßtechnik bei der Messung mit mehreren Wellenlängen zu steigern.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Die vorliegende Erfindung besteht in einem ellipsometrischen Meßverfahren, mit dem in situ sowohl zeitaufgelöst bei einer beliebigen Zahl von frei wählbaren Meßlichtwellen¬ längen, als auch nicht-zeitaufgelöst quasi-kontinuierlich spektroskopisch gemessen werden kann, ohne daß ein Umbau am Gerät erforderlich wird. Die Erfindung hat den Vorteil, daß Anzahl und Lage der Meßlichtwellenlängen frei wählbar sind. Darüberhinaus wird die für die Einstellung der Meßlicht¬ wellenlänge erforderliche Zeit gegenüber den im Stand der Technik bekannten Verfahren erheblich verkürzt und ist unabhängig von der jeweils zuvor eingestellten Meßlicht¬ wellenlänge. Eine Fokussierung auf einen Eintrittsspalt ist nicht erforderlich.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht des erfindungsgemäßen ellipsometrischen Meßaufbaus;
Fig. 2 eine schematische Gesamtansicht einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen ellipso¬ metrischen Meßaufbaus; und
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Arbeitsweise eines akustooptischen Filters.
Der in Fig. 1 gezeigte Meßaufbau enthält eine spektral breitbandige Strahlungsquelle 1, wie z.B. eine Xenon-Lampe, mit einer spektralen Charakteristik, die vorzugsweise den gesamten sichtbaren und Teile des infraroten Spektral¬ bereiches überdeckt. Das breitbandige Strahlungsbündel wird in einen Lichtwellenleiter 2 eingekoppelt, der mit einem Objektiv 3 verbunden ist. Das Objektiv 3 dient dazu, das aus dem Lichtwellenleiter 2 austretende divergente Strahlungs- bündel zu parallelisieren oder auf die Probe zu fokussieren. Als Objektiv 3 kann z.B. ein Zoom-Objektiv verwendet werden. In dem akustooptischen Filter 4 wird aus der breit- bandigen Eingangsstrahlung ein spektral schmalbandiges, linear polarisiertes Strahlungsbündel abgebeugt. Dieses wird mit einem Polarisator 5 nachpolarisiert, worauf es auf die ebene Oberfläche einer zu untersuchenden Probe 6 auftrifft. Das reflektierte Strahlungsbündel ist im allgemeinen elliptisch polarisiert und trifft auf einen Analysator 7, dessen Polarisationsrichtung veränderbar ist. Die Strahlungsintensität des reflektierten Strahlungsbündels wird hinter dem Analysator 7 durch einen Strahlungsdetektor 8 gemessen. Das Ausgangssignal des Strahlungsdetektors 8 wird einem Strom-Spannungswandler/Verstärker 9 oder einem Analog/Digital-Wandler zugeführt. Dessen Ausgangssignal wird in einen Eingang eines Personal-Computer (PC) 10 eingespeist und dort mit geeigneten Rechnerprogrammen weiterverarbeitet. Bei der dargestellten Ausführungsform eines Eilipsometers wird die Polarisationsrichtung des Analysators 7 variiert und die Abhängigkeit der Strahlungsintensität von der Winkelstellung des Analysators 7 gemessen.
In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform eines erfin¬ dungsgemäßen Eilipsometers dargestellt.
Bei dieser Ausführungsform ist in Abwandlung des Meßaufbaus nach Fig. 1 das akustooptisch abstimmbare Filter (4) im Strahlengang hinter der Probe (6) angeordnet. In dieser Konfiguration wird also die Probe (6) mit einer spektral breitbandigen Strahlung bestrahlt, wobei die Wellenlängen¬ selektion erst bei dem an der Probe reflektierten Strah¬ lungsbündel vorgenommen wird. Das akustooptisch abstimmbare Filter (4) ist, wie hier dargestellt, zwischen dem Analysator (7) und dem Strahlungsdetektor (8) angeordnet.
Für beide Ausführungsformen von Eilipsometern ist die Erfindung gleichermaßen anwendbar. In einer weiteren gängigen Ausführungsform eines Eilipso¬ meters wird anstelle eines rotierenden Polarisators oder Analysators ein phasenmodulierendes Element, z.B. ein elektrooptischer Retarder eingesetzt.
In Fig. 3 ist ein nicht-kollineares akustooptisches Filter 4 schematisch dargestellt.
Ein derartiges Filter ist an sich im Stand der Technik bekannt und z.B. in der Firmenschrift "AOTF SPECTROSCOPY" der Firma BRIMROSE, 5020 Campbell Blvd. , Baltimore, MD 21236 beschrieben.
Das Filter besteht im wesentlichen aus einem TeO„-Kristall 43 mit zwei planparallel geschliffenen Endflächen. Auf einer Seite ist ein Ultraschallwandler 42 aufgebracht. Der Ultra¬ schallwandler ist z.B. ein piezoelektrischer Wandler, der ein elektrisches Signal von einem Hochfrequenz-Generator 41 in Ultraschallwellen umwandelt. Derart erzeugte Ultraschall¬ wellen 44 breiten sich in dem akustooptischen Medium aus und werden in einem an der.gegenüberliegenden Kristallfläche angebrachten akustischen Absorber 45 absorbiert. Das spektral breitbandige Strahlungsbündel 46 fällt mit einem kleinen Neigungswinkel gegen die Ultraschallwellenfront in den Kristall ein. Infolge der Wechselwirkung des Lichtes mit den Ultraschallwellen werden zwei abgebeugte, linear polarisierte und monochromatische Strahlungsbündel 48 und 49 erzeugt. Das nicht abgebeugte Strahlungsbündel 47 (nullte Ordnung) und das abgebeugte Strahlungsbündel 49 werden mittels einer Blendenvorrichtung 50 ausgeblendet. Das mono¬ chromatische Strahlungsbündel 48 wird für die Messung verwendet.
Durch Variation der Ultraschallfrequenz, d.h. der Frequenz des dem Ultraschallwandler 42 zugeführten elektrischen Signals kann die Wellenlänge der abgebeugten Strahlungs¬ bündel 48 und 49 abgestimmt werden. Eine Winkelabhängigkeit des abgebeugten Strahlungsbündels von der Wellenlänge kann durch Einatz eines hinter das Filter positionierten Prismas korrigiert werden.
Eine detaillierte Beschreibung der physikalischen Grundlagen derartiger akustooptischer Filter findet sich beispiels¬ weise in der DE-OS 24 31 976.
Die Verwendung eines nicht-kollinearen Filters stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Es kann jedoch ebenso ein Filter vom Kollineartyp verwendet werden.
Für einen Meßvorgang werden Anzahl und Lage der Meßwellen¬ längen vorher bestimmt. Jede dieser Meßwellenlängen ent¬ spricht einer bestimmten an dem Hochfrequenz-Generator 41 einzustellenden elektrischen Signalfrequenz. Diese kann natürlich zum einen durch manuelle Betätigung des Hoch¬ frequenz-Generators 41 geschehen. Es kann aber auch ein Personal-Computer PC 10 durch eine Signalleitung 11 mit dem Hochfrequenz-Generator 41 verbunden werden. Auf diese Weise kann die Wellenlängenselektion durch den PC gesteuert werden. Dies kann dadurch erfolgen, daß die jeweils nächste auszuwählende Meßwellenlänge manuell an der Tastatur des PC eingegeben wird, worauf der PC über die Signalleitung 11 ein Signal an den Hochfrequenz-Generator zur Einstellung der erforderlichen elektrischen Hochfrequenz sendet. Auf dem PC 10 kann aber auch ein automatisches Meßprogramm ablaufen, in welchem die zu verwendenden Meßwellenlängen enthalten sind. In diesem Fall wird nach Ablauf des für eine Meßwellenlänge erfolgten Meßvorgangs automatisch durch das Programm die nächstfolgende Meßwellenlänge aufgerufen und ein entsprechendes Signal über die Signalleitung 11 an den Hochfrequenz-Generator 41 gesendet. Der Ablauf des Meßvorgangs für eine Meßwellenlänge kann dem Meßprogramm z.B. durch den Strom-Spannungs-Wandler/Verstärker 9 in geeigneter Weise angezeigt werden. Die Einstellung der Meß- Wellenlänge kann somit sehr schnell und auf rein elektro¬ nischem Weg ohne mechanisch bewegte Teile und ohne Verände¬ rung der Geometrie des Meßlichtstrahls erfolgen.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß eine Fokussierung auf einen Eintrittsspalt, wie z.B. bei Verwendung eines Gittermonochromators, nicht erforderlich ist. Vielmehr wird im vorliegenden Fall das akustooptisch abstimmbare Filter vom Meßlichtstrahl mit seinem Strahlquerschnitt durchlaufen.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die auf den Strahlungsdetektor 8 auf¬ treffende Lichtintensität elektronisch gesteuert werden kann. Dadurch kann die spektrale Intensitätsverteilung der Lichtquelle, die spektrale Abhängigkeit der Absorption der optischen Komponenten des Eilipsometers sowie die spektrale Empfindlichkeit des Detektors so kompensiert werden, daß das am Detektor gemessene Signal keine signifikante spektrale Abhängigkeit aufweist, wodurch bei jeder Meßlichtwellenlänge der maximale Dynamikbereich des Analog/Digital-Wandlers aus¬ genutzt werden kann. Die Steuerung der Lichtintensität kann z.B. durch Variation des Strahlungsquerschnitts des spektral breitbandigen Strahlungsbündels im akustooptischen Filter oder durch Variation der Signalamplitude des im Hoch¬ frequenz-Generator 41 erzeugten Spannungssignals erfolgen. In diesem Fall wird auf der Signalleitung 11 neben der für die Wellenlängenselektion erforderlichen Information eine Information über die erforderliche Signalamplitude über¬ mittelt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Ellipsometrisches Meßverfahren, gekennzeichnet durch die Verwendung eines akustooptisch abstimmbaren Filters (4) zur Abstimmung der Meßwellenlänge.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein spektral breitbandiges Strahlungsbündel (46) auf das akustooptisch abstimmbare Filter (4) gelenkt wird, daß ein in dem akustooptischen Filter (4) abgebeugtes spektral schmalbandiges Strahlungsbündel (48) auf die Oberfläche einer zu untersuchenden Probe (6) gerichtet wird, und daß mit dem akustooptischen Filter die Wellenlänge des spektral schmalbandigen Strahlungsbündels (48) abgestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein spektral breitbandiges Strahlungsbündel (46) auf eine zu untersuchende Probe (6) gerichtet wird, und daß das an der Probe (6) reflektierte Strahlungsbündel auf das akusto¬ optisch abstimmbare Filter (4) gelenkt wird, und daß die Wellenlänge eines in dem akustooptischen Filter (4) abgebeugten spektral schmalbandigen Strahlungsbündels (48) abgestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß dem akustooptischen Filter (4) ein hochfrequentes Spannungs¬ signal von einem Hochfrequenz-Generator (41) zugeführt wird und daß die Abstimmung des akustooptischen Filters (4) derart erfolgt, daß die Frequenz des Spannungssignals variiert wird, und daß der Hochfrequenz-Generator (41) über eine Signalleitung (11) mit einem Ausgang eines Personal- Computers (PC) (10) verbunden wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl und Reihenfolge von Meßwellenlängen bestimmt wird und daß das Meßverfahren durch ein Meßprogramm derart von dem PC (10) gesteuert wird, daß dieser nach jedem für eine Meßwellenlänge abgeschlossenen Meßvorgang das akusto- optische Filter (4) auf die in der vorherbestimmten Reihen¬ folge von Meßwellenlängen nächstfolgende Meßwellenlänge abstimmt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der PC (10) ein Signal an den Hochfrequenz-Generator (41) zur Änderung der Frequenz des Spannungssignals sendet.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das spektral breitbandige Strahlungsbündel (46) in einer Strahlungsquelle (1) erzeugt wird, daß das Strahlungsbündel (46) in einem Lichtwellenleiter (2) geführt wird und daß das Strahlungsbündel (46) in einem mit dem Lichtwellenleiter (2) verbundenen Objektiv (3) parallelisiert oder auf die Probe
(6) fokussiert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsintensität des spektral breitbandigen Strahlungsbündels (48) durch Variation der Amplitude des dem Hochfrequenz-Generator (41) zugeführten Spannungssignals oder durch Variation des Strahlungsquerschnitts vermittels einer variablen Blende variiert wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das spektral schmalbandige Strahlungsbündel (48) am Ausgang des Eilipsometers auf einen Strahlungsdetektor (8) gerichtet wird, daß das Ausgangs¬ signal des Strahlungsdetektors (8) einem Strom-Spannungs- wandler/Verstärker (9) zugeführt wird, und daß das Ausgangssignal des Strom-Spannungswandlers/Verstärkers (9) einem Eingang des PC (10) zugeführt wird.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Strahlungsquelle (1) , die ein spektral breitbandiges
Strahlungsbündel (46) erzeugt, eine zu untersuchende Probe (6) und ein im Strahlengang angeordnetes akustooptisch absstimmbares
Filter (4) .
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das akustooptische Filter (4) mit einem Hochfrequenz- Generaor (41) verbunden ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenz-Generator (41) zur automatischen oder manuellen Steuerung des Meßvorgangs mit einem Ausgang eines PC (10) verbunden ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das akustooptische Fitler (4) ein nicht-kollineares Filter ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gkeennzeichnet, daß das akustooptische Filter (4) ein kollineares Filter ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsδffnung der Strahlungsquelle (1) mit einem Lichtwellenleiter (2) verbunden ist, und daß der Licht¬ wellenleiter (2) an seinem Austrittsende mit einem Zoom- Objektiv (3) verbunden ist.
EP95905090A 1993-12-20 1994-12-20 Schnelles spektroskopisches ellipsometer Withdrawn EP0736171A1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19934343490 DE4343490A1 (de) 1993-12-20 1993-12-20 Schnelles spektroskopisches Ellipsometer
DE4343490 1993-12-20
PCT/EP1994/004235 WO1995017662A1 (de) 1993-12-20 1994-12-20 Schnelles spektroskopisches ellipsometer

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