EP1756644A1 - Verfahren zur vermessung topographischer strukturen auf bauelementen - Google Patents

Verfahren zur vermessung topographischer strukturen auf bauelementen

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Publication number
EP1756644A1
EP1756644A1 EP05748364A EP05748364A EP1756644A1 EP 1756644 A1 EP1756644 A1 EP 1756644A1 EP 05748364 A EP05748364 A EP 05748364A EP 05748364 A EP05748364 A EP 05748364A EP 1756644 A1 EP1756644 A1 EP 1756644A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
topographical
detected
excitation light
measurement data
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05748364A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Stelzl
Volker Seidemann
Jürgen LEIB
Ha-Duong Ngo
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.)
Schott AG
Original Assignee
Schott AG
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 Schott AG filed Critical Schott AG
Publication of EP1756644A1 publication Critical patent/EP1756644A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes
    • G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0052—Optical details of the image generation
    • G02B21/0076—Optical details of the image generation arrangements using fluorescence or luminescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0608—Height gauges
    • 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
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes

Definitions

  • the invention relates generally to the field of microscopy, in particular the measurement of topographical structures on components using confocal microscopy.
  • measuring devices In the field of semiconductor production, measuring devices are required that measure the surfaces of the components in two or three dimensions to control production steps. Among other things, it is also desirable to be able to measure and check the topography of applied lacquer layers, such as photoresist layers or insulation layers.
  • Electron microscopes or white light interferometers are suitable for this. Electron microscopes deliver very good images, but they have the disadvantage that the wafer or the component has to be destroyed.
  • BESTATIGUNGSKOPIE numerical aperture so that no light falls back into the optics from surfaces with steep angles and therefore these surfaces cannot be captured. Nor can lacquer layer thicknesses be measured.
  • JP 10019532 A2 In order to be able to measure photoresist patterns on a sample, it is known from JP 10019532 A2 to irradiate the sample with UV light through a dichroic mirror and a lens and the excited fluorescent light which emits from the photoresist on the sample and after a passage through the lens is reflected by the dichroic mirror, with an image recording device. In this way, a fluorescent image of the photoresist pattern is obtained. With this construction, however, only the lateral distribution of the photoresist is recorded.
  • JP 60257136 A2 A similar structure is also known from JP 60257136 A2.
  • the signal from the surface lying under the fluorescent film is detected.
  • the layer thickness of the reflected film can be determined from a determination of the intensity ratio of the fluorescent light and the reflected light.
  • such a device is only suitable for measuring relatively flat topographies, since the depth of focus of a conventional microscope is limited.
  • a broadband, catadioptric UV microscope is known from US Pat. No. 6,133,576.
  • a method for checking wafer surfaces is also described, by means of which the surface to be checked is recorded three-dimensionally, with scanning at the same time using light of different wavelengths.
  • the microscope is designed so that the focal plane of the light different wavelengths are at different depths, so that layers of different depths are recorded with the light of different wavelengths.
  • the respective images at different wavelengths can then be combined to form a three-dimensional image of the sample.
  • the fluorescence signal has a larger wavelength than the excitation light.
  • the wavelength range of the fluorescence signal then overlaps with that of the excitation light or fluorescent light of the same wavelength is generated for different wavelengths of the excitation light.
  • the detected light can no longer be assigned to the fluorescence or the reflection or scattering of the excitation light in the individual layers. Accordingly, the depth information is lost, so that a three-dimensional reconstruction of fluorescent structures is prone to errors.
  • the object of the invention is to enable an accurate three-dimensional measurement of fluorescent structures on wafers or components.
  • the invention provides a method for measuring three-dimensional topographical structures Wafers or components in which at least one fluorescent topographical structure is scanned with excitation light using a confocal microscope and the fluorescent light emitted from the focal point in the focal plane of the objective is detected, and fluorescence light excited by the excitation light is detected, and measurement data is obtained from the position of the focal point and the detected fluorescence signal become.
  • the method according to the invention is generally suitable for checking wafers and components with topographies, that is to say for example for checking wafers or components with micromechanical, electronic, optoelectronic and / or optical components.
  • confocal microscopy makes use of the possibility of confocal microscopy to measure topographies.
  • confocal microscopy does not use broadband, but rather monochromatic or at least essentially monochromatic light for measuring the topography of a wafer or component.
  • this enables the unambiguous assignment of the detected fluorescent light to the excitation light and the emission location, namely the focal point of the excitation light, and thus a highly precise measurement of fluorescent topographical structures in or on the wafer or component to be examined.
  • the method according to the invention in addition to the surface of the structures, the volume of these structures can also be measured.
  • confocal microscopy In contrast to electron microscopic analysis, confocal microscopy in particular also enables non-destructive measurement of the samples.
  • confocal microscopes have a more favorable numerical aperture than white light interferrometry devices.
  • the method is suitable for examining many types of three-dimensional topographic structures, such as, for example, lacquer layers, lacquer residues after photostructuring a photoresist, etched vias or dicing streets, which have been inserted into fluorescent material or are filled with fluorescent material.
  • MEMS microelectromechanical
  • MOEMS micro-opto-electromechanical
  • measurement data from three-dimensionally distributed measurement points can also be obtained. These measuring points can be distributed in such a way that one or more structures to be measured, partial areas or the complete surface of the wafer or component are recorded in their entirety and three-dimensional structure.
  • a preferred embodiment of the invention provides in particular to calculate a three-dimensional reconstruction of the topographical structure from the intensity values of the fluorescent light and assigned position values of the focal point. This can then be displayed on a screen for review and analysis, for example.
  • An advantageous further development of this embodiment further provides that additional measurement data with intensity values of reflected excitation light and assigned position values of the focal point are used to calculate the three-dimensional structure.
  • additional measurement data with intensity values of reflected excitation light and assigned position values of the focal point are used to calculate the three-dimensional structure.
  • Such a combination of a reflection and a fluorescence channel makes it easy to distinguish, for example, fluorescent lacquers on the wafer or component to be examined from materials of the substrate, such as silicon or copper.
  • the layer thickness can also be determined, for example. of the topographical structure to be checked.
  • deviations from the mean value of the layer thickness can be determined in addition to the average layer thickness.
  • the variance and the minimum and maximum values of the layer thickness can provide information about the quality and any errors in the topographical structure or the wafer or the component.
  • a scanning unit of the microscope can comprise, for example, movable scanning mirrors, a Nipkow disk and / or an acousto-optical deflector, which move one or more light beams or their focal points along a layer.
  • LSM laser scanning microscope
  • ultraviolet light As the excitation light.
  • light with wavelengths of 480 nm, 458 nm or 514 nm is suitable, which can be generated with laser light sources.
  • a three-dimensional topographical structure is measured which has at least one of the substances photoresist, BCB (benzocyclobutene), such as cycloten, and SU8 or other photostructurable epoxides.
  • BCB benzocyclobutene
  • cycloten cycloten
  • SU8 photostructurable epoxides
  • the method according to the invention can advantageously be used, for example, for measuring and checking etched vias or dicing streets in the wafer or component.
  • the substrate material itself can fluoresce and / or the via or the dicing street can be filled with fluorescent material.
  • a particular problem when checking topographical structures on wafers or components is the measurement of structures which, as a whole, cannot be seen from one direction of view because they have hidden areas. Structures of this type cannot be measured non-destructively or in a contact-free manner using methods which have been customary to date. According to a further aspect of the invention, a method is therefore also provided with which such structures can be measured.
  • the invention also provides a method for measuring three-dimensional topographical structures on wafers or components, in which at least one topographical structure is scanned with light using a confocal microscope and the light returning from the focal point in the focal plane of the objective is detected and measurement data from the position of the Focal point and the detected returning light can be obtained, areas of the structure are detected, the surface of which runs along a direction parallel to the optical axis, or which are even shadowed when the light incident parallel to the optical axis of the microscope.
  • This method can in particular also be combined with the above-described embodiments of the method according to the invention for measuring topographical structures by means of confocal fluorescence light microscopy.
  • the large numerical aperture of a confocal microscope allows such structures to be imaged and measured with extremely steep surfaces or even shadowed areas.
  • the rays of the illuminating light incident at large angles can also still illuminate those areas which are no longer reached by light incident along or parallel to the optical axis of the objective due to shadowing effects.
  • areas of the structure can be measured that are shaded or covered by another area of the structure, the wafer or the component when light is incident parallel to the optical axis of the objective.
  • the measurement data obtained for measurement with the method according to the invention can be generated from light reflected back on the surface of the structure and / or light diffusely scattered back and / or from fluorescence light generated at the focal point.
  • Detection according to the invention of very steep surfaces with a large angle of inclination to the wafer surface, in which the excitation light strikes at grazing incidence or at a shallow angle, is particularly well possible if these surfaces have sufficient roughness.
  • the detected signal is then primarily due to diffusely backscattered light.
  • Shaded areas that can be measured according to the invention can include, for example, back-etching, as often occurs in etched structures.
  • FIG. 1 is a schematic view of a confocal microscope for performing the method according to the invention
  • FIG. 2A shows a microscope image of the reflection signal of a lacquer structure on a wafer
  • FIG. 2B shows a microscope image of the fluorescence signal of the lacquer structure
  • FIG. 3 shows a three-dimensional reconstruction of a further lacquer structure
  • FIG. 4 shows a three-dimensional reconstruction of a region of a wafer surface
  • FIG. 6 height measurement values along the section along the line AA in FIG. 4
  • FIG. 7 measurement values along a section through a wafer with a etched via.
  • a confocal microscope 1 shows a schematic view of a confocal LSM, designated as a whole by the reference number 1, as is suitable for carrying out the method according to the invention for measuring three-dimensional topographic structures on wafers or components.
  • a confocal microscope 1 typically comprises a laser 5 as an illumination source.
  • Ultraviolet light sources such as UV lasers are particularly suitable for exciting fluorescence from organic materials.
  • a photomultiplier tube 7 is provided for the detection of the fluorescent light excited by the laser light.
  • the light from the laser 5 is coupled into the optical axis of the microscope 1 via a dichroic mirror 8.
  • the dichroic mirror 8 can be replaced by a beam splitter 8 'which is transparent to the light coming from the sample.
  • a fluorescent topographical structure 22 is scanned with the excitation light and the fluorescence light excited by the excitation light and emitted from the focal point 17 in the focal plane 17 of the objective is detected. Measurement data are then obtained from the position of the focal point 19 and the detected fluorescence signal and recorded.
  • two confocal diaphragms 9 and 11 for the laser light or the light reflected or emitted by the sample to be examined are provided in the beam path of the microscope.
  • a wafer 2 is shown as a sample, on the surface 21 of which the fluorescent topographical structure 22 to be measured is arranged.
  • the structure 22 and optionally the wafer surface 21 are scanned with the confocal microscope 1 in layers along the focal plane 19 in the xy direction.
  • the layers are scanned by rasterizing the excitation light by means of a scanning unit 13.
  • the layers can be scanned, for example, by means of moving scanning mirrors, a rotating Nipkow disk or an acousto-optical deflector as components of the scanning unit 13.
  • a plurality of layers lying one above the other in the z direction can be recorded, so that measurement data are obtained from three-dimensionally distributed measurement points, so that a three-dimensional reconstruction of the structure 22 and the wafer surface can be calculated.
  • the focal plane 19 is shifted relative to the topographical structure 22 along the optical axis 16 of the objective 15 of the microscope 1, the focal plane 19 being shifted by shifting the wafer 2 along the z direction.
  • a three-dimensional reconstruction of the topographical structure 22 is finally calculated from the intensity values of the fluorescent light and assigned known position values of the focal point by means of a computer 25.
  • the computer is connected via lines 27, 29 to the scan unit 13 and the photomultiplier tube 7, so that the intensity values detected by the photomultiplier tube 7 are transmitted to the computer and the scan Unit and thus the location of the focal point 17 in the focal plane 19 can be controlled.
  • measurement data with intensity values of reflected excitation light and associated position values of the focal point 19 can also be used to calculate the three-dimensional structure.
  • the layers can be scanned in succession with the detection of fluorescence and reflected excitation light.
  • fluorescence light and reflected excitation light can also be detected simultaneously in a configuration deviating from FIG. 1 by means of an additional beam splitter and detector.
  • FIGS. 2A and 2B show images of a lacquer structure on a wafer, which were taken with a confocal microscope. The images each represent the measured values from a two-dimensional layer along the focal plane of the objective.
  • FIG. 2A shows a microscope image of the reflection signal of the lacquer structure
  • FIG. 2B shows a microscope image of the fluorescence signal of the same lacquer structure.
  • the combination of such recordings, or generally a combination of a reflection and a fluorescence channel makes it easy to distinguish fluorescent coatings from substrate materials such as silicon or copper. In this way, for example, remaining paint residues in structures can be made visible. For example, in the paint structure shown in FIGS. 2A and 2B, paint residues still remain in the circular, paint-free part after the photostructuring.
  • FIG. 3 shows a three-dimensional reconstruction of a topographical structure on a wafer.
  • the structure is a portion of a lacquer layer 30 that has been applied to a structured surface of the wafer.
  • the structure of the wafer is such that it has a recess with sloping edges.
  • Such structures exist, for example, in the case of etched vias or etched or ground dicing streets.
  • the section of the lacquer layer 30 shown in FIG. 3 shows an area which extends over the upper edge of the depression. The edge of the depression is marked with K, the sloping flank with F.
  • the measured values for the three-dimensional reconstruction of the lacquer layer 30 were obtained by scanning the lacquer layer 30 and detecting the fluorescence light emitted from the focal point of the objective and excited by the excitation light.
  • the measurement points for determining the measurement data were distributed three-dimensionally, the measurement values being recorded by scanning layers one above the other along the focal plane.
  • the wafer material can be easily distinguished from the lacquer layer. 3, a clean reconstruction of the lacquer layer 30 can thus be calculated. The material of the base or the wafer cannot be seen in the reconstruction.
  • the measured lacquer layer 30 of this exemplary embodiment is a BCB insulation layer on a wafer. Similar good results in three-dimensional reconstruction can also be achieved with other organic materials that are used in semiconductor production, such as photoresist or a photostructurable epoxy, for example SU8. BCB shows maximum absorption at 335 nm wavelength in the ultraviolet range. For many other organic materials, however, excitation light with wavelengths of 480 nm, 458 nm or 514 nm is also suitable. The maximum intensity of the emission of fluorescent light from BCB is at 390 nm wavelength.
  • micromechanical components as components of a wafer or component.
  • These can, for example, be worked out from or placed on the wafer material.
  • One way of producing micromechanical components is to photostructure plastic layers from suitable plastics.
  • photostructurable epoxides, in particular SU8, are suitable.
  • MEMS or MOEMS components of this type can be used with the method according to the invention Measurement of the fluorescence signal can be measured and reconstructed.
  • FIG. 4 shows a three-dimensional reconstruction of an area of a wafer surface 21.
  • the wafer lies in the xy plane.
  • FIG. 5 shows a cut-away view in the yz plane along the line A-A of the reconstruction shown in FIG. 4. 6 also shows a graph with height measurement values measured along the section.
  • the region of the wafer surface 21 shown in FIGS. 4 and 5 has a recess 31 and a trench 33, the trench 33 being shown only half way.
  • the depression 31 is an etched via hole and the trench 33 is a dicing street along which the individual dies can be separated after the wafer has been completed.
  • the structures 31, 33 were each etched up to an etch stop layer from the side 21 of the wafer. The etch stop layer can be recognized in both structures 31, 33 as a flat bottom region 34 of the vias 31 and the trench 33.
  • Both structures can be produced, for example, by etching.
  • the structures 31, 33 have extremely steep surfaces with respect to the xy plane in which the wafer lies, the regions 35 even lying perpendicular to the xy plane or parallel to the optical axis of the microscope lying in the z direction.
  • the measured values of the topography of the wafer surface shown in FIGS. 4 to 6 were obtained according to the invention by using a confocal microscope, as is the case For example, shown in Fig. 1, the shown area of the wafer surface 21 with the topographical structures 31, 33 is scanned with light and the light returning from the focal point in the focal plane of the lens is detected, with measurement data from the position of the focal point and the detected returning Light can be gained.
  • the method according to the invention works particularly well when the steep surfaces have a high roughness, so that a lot of light is reflected from the focal point back into the lens and can be detected.
  • it is also possible to measure the topographical structures by detecting fluorescent light from the focal point.
  • the structures of the wafer surface can be covered, for example, with fluorescent material.
  • the topographical structures can then also be reconstructed from a reconstruction of the fluorescent material.
  • the underside of the reconstruction of the lacquer layer shown in FIG. 3 represents an image of the surface of the wafer.
  • FIG. 7 shows a further example with measured values that were recorded along a section through a wafer with an etched via 31.
  • the via was also etched up to an etching stop layer, so that the via has a flat bottom region 34.
  • Via 31 also has an undercut. This results in a protruding region 39 of the wafer surface 21. If the wafer is arranged for measurement in the usual way so that its surface 21 is perpendicular to is the optical axis of the lens of the confocal microscope, the area 39 causes shading of areas 37 of the surface of the via 31 with respect to light which is incident along a direction 41 parallel to the optical axis of the lens.

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Abstract

Um Topographien auf Wafern oder Bauelementen zerstörungsfrei vermessen zu können, sieht die Erfindung ein Verfahren zur Vermessung dreidimensionaler topographischer Strukturen (22) auf Wafern (2) oder Bauelementen vor, bei welchem mit einem konfokalen Mikroskop (1) zumindest eine fluoreszierende topographische Struktur (22) mit Anregungslicht abgetastet und das aus dem Brennpunkt (17) in der Brennebene (19) des Objektivs (15) emittierte, durch das Anregungslicht angeregte Fluoreszenzlicht detektiert wird und Messdaten aus der Lage des Brennpunkts (17) und dem detektierten Fluoreszenzsignal gewonnen werden.

Description

Verfahren zur Vermessung topographischer Strukturen auf Bauelementen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Mikroskopie, insbesondere die Vermessung von topographischen Strukturen auf Bauelementen mittels konfokaler Mikroskopie.
In Bereich der Halbleiterfertigung werden Messeinrichtungen benötigt, die Oberflächen der Bauelemente zur Kontrolle von Produktionsschritten zwei- oder dreidimensional vermessen. Unter anderem ist es auch wünschenswert, die Topographie aufgetragener Lackschichten, wie etwa Photoresist-Schichten oder Isolationsschichten vermessen und überprüfen zu können .
Dazu eignen sich unter anderem Elektronenmikroskope oder Weißichtinterferometer . Elektronenmikroskope liefern zwar sehr gute Bilder, haben aber den Nachteil, dass der Wafer oder das Bauelement zerstört werden muss.
Auch Weißichtinterfero eter erlauben hochgenaue Vermessungen. Allerdings haben diese Geräte eine ungünstige
BESTATIGUNGSKOPIE numerische Apertur, so daß von Flächen mit steilen Winkeln kein Licht zurück in die Optik fällt und diese Flächen daher nicht erfasst werden können. Auch können Lackschichtdicken nicht gemessen werden.
Um Photoresist-Muster auf einer Probe vermessen zu können, ist es aus der JP 10019532 A2 bekannt, die Probe durch einen dichroitischen Spiegel und ein Objektiv hindurch mit UV-Licht zu bestrahlen und das angeregte Fluoreszenzlicht, welches vom Photoresist auf der Probe emittiert und nach einem Durchgang durch das Objektiv vom dichroitischen Spiegel reflektiert wird, mit einer Bildaufnahmeeinrichtung aufzunehmen. Auf diese Weise wird ein Fluoreszenzbild des Photoresist-Musters erhalten. Mit diesem Aufbau wird allerdings nur die laterale Verteilung des Photoresists erfasst .
Ein ähnlicher Aufbau ist weiterhin aus der JP 60257136 A2 bekannt. Zusätzlich zum Fluoreszenzsignal wird das Signal des von der unter dem fluoreszierenden Film liegenden Oberfläche erfasst. Aus einer Bestimmung des Intensitätsverhältnisses des Fluoreszenzlichts und des reflektierten Lichts kann die Schichtdicke des reflektierten Films bestimmt werden. Einer solche Vorrichung ist jedoch nur zur Vermessung relativ flacher Topographien geeignet, da die Tiefenschärfe eines herkömmlichen Mikroskops begrenzt ist.
Aus der US 6,133,576 A ist ein breitbandiges, katadioptrisches UV-Mikroskop bekannt. Es wird außerdem ein Verfahren zur Überprüfung von Wafer-Oberflachen beschrieben, mit welchem die zu prüfende Oberfläche dreidimensional erfasst wird, wobei gleichzeitig mit Licht verschiedener Wellenlängen abgetastet wird. Das Mikroskop ist so ausgelegt, daß die Brennebenen des Lichts verschiedener Wellenlängen in unterschiedlichen Tiefen liegen, so daß jeweils Schichten unterschiedlicher Tiefe mit dem Licht unterschiedlicher Wellenlängen aufgenommen werden. Die jeweiligen Bilder zu unterschiedlichen Wellenlängen können dann zu einem dreidimensionalen Bild der Probe zusammengesetzt werden.
Dieses Verfahren hat allerdings den Nachteil, daß es nur schlecht dazu geeignet ist, Fluoreszenzaufnahmen durchzuführen. Das Fluoreszenzsignal weist bekanntlich eine größere Wellenlänge als das Anregungslicht auf. Bei einer breitbandigen Beleuchtung, wie sie gemäß dem in US 6,133,576 A beschriebenen Verfahren verwendet wird, kommt es dann zur Überschneidung des Wellenlängenbereichs des Fluoreszenzsignals mit dem des Anregungslichts oder es wird für verschiedene Wellenlängen des Anregungslichts Fluoreszenzlicht gleicher Wellenlänge erzeugt. In beiden Fällen kann das detektierte Licht nicht mehr der Fluoreszenz oder der Reflexion, beziehungsweise Streuung des Anregungslichts in den einzelnen Schichten zugeordnet werden. Dementsprechend geht die Tiefeninformation verloren, so daß eine dreidimensionale Rekonstruktion von fluoreszierenden Strukturen fehlerbehaftet ist.
Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine genaue dreidimensionale Vermessung fluoreszierender Strukturen auf Wafern oder Bauelementen zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird bereits in höchst überraschend einfacher Weise durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Dementsprechend sieht die Erfindung ein Verfahren zur Vermessung dreidimensionaler topographischer Strukturen auf Wafern oder Bauelementen vor, bei welchem mit einem konfokalen Mikroskop zumindest eine fluoreszierende topographische Struktur mit Anregungslicht abgetastet und das aus dem Brennpunkt in der Brennebene des Objektivs emittierte, durch das Anregungslicht angeregte Fluoreszenzlicht detektiert wird und Meßdaten aus der Lage des Brennpunkts und dem detektierten Fluoreszenzsignal gewonnen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist allgemein zur Überprüfung von Wafern und Bauelementen mit Topographien, also beispielsweise zur Überprüfung von Wafern oder Bauelementen mit mikromechanischen, elektronischen, optoelektronischen und/oder optischen Komponenten geeignet.
Die Erfindung macht demgemäß von der Möglichkeit der konfokalen Mikroskopie Gebrauch, um Topographien zu vermessen. Bei der konfokalen Mikroskopie wird im Unterschied zu dem in der US 6,133,576 A beschriebenen Verfahren kein breitbandiges, sondern monochromatisches oder zumindest im wesentlichen monochromatisches Licht zur Vermessung der Topographie eines Wafers oder Bauelements eingesetzt. Dies ermöglicht in Verbindung mit konfokaler Mikroskopie die eindeutige Zuordnung des detektierten Fluoreszenzlichts zum Anregungslicht und dem Emissionsort, nämlich dem Brennpunkt des Anregungslichts und damit eine hochgenaue Vermessung fluoreszierender topographischer Strukturen im oder auf dem zu untersuchenden Wafer oder Bauelement. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können so neben der Oberfläche der Strukturen auch das Volumen dieser Strukturen vermessen werden. Die konfokale Mikroskopie ermöglicht im Unterschied zur elektronenmikroskopischen Analyse insbesondere auch eine zerstörungsfreie Vermessung der Proben. Zudem weisen konfokale Mikroskopegegenüber Weißichtinterferrometrie-Vorrichtungen eine günstigere numerische Apertur auf. Das Verfahren ist zur Untersuchung vieler Arten von dreidimensionalen topographischen Strukturen geeignet, wie beispielsweise von Lackschichten, Lackresten nach einer Photostrukturierung eines Photoresists, geätzten Vias oder Dicingstreets, die in fluoreszierendem Material eingefügt wurden oder mit fluoreszierendem Material gefüllt sind. Eine weitere vorteilhafte Anwendung ist die Vermessung mikromechanischer Komponenten auf Wafern, wie etwa von mikroelektromechanischen (MEMS) oder mikro-opto- elektromechanischen (MOEMS) Strukturen.
Vorteilhaft ist es außerdem, auch das reflektierte und/oder gestreute Anregungslicht zu detektieren. Damit ist es unter anderem auch möglich, auch Daten von nicht oder nur schwach fluoreszierenden Strukturen des Wafers oder Bauelements zu erhalten. Die Detektion von gestreutem Anregungslicht aus fluoreszierenden oder transparenten Strukturen erlaubt beispielsweise auch Rückschlüsse über deren innere Beschaffenheit, wie etwa auf eventuell vorhandene Trübungen.
Je nach Anwendung oder gewünschter Information kann es ausreichend sein, entlang einer Linie oder Kurve zu messen oder Meßpunkte auf einem Schnitt durch die zu überprüfende Struktur aufzunehmen. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können jedoch insbesondere auch Meßdaten von dreidimensional verteilten Meßpunkten gewonnen , werden . Diese Meßpunkte können so verteilt sein, daß eine oder mehrere zu vermessende Strukturen, Teilbereiche oder die komplette Oberfläche des Wafers oder Bauelements in ihrer Gesamtheit und dreidimensionalen Struktur erfasst werden. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht insbesondere vor, aus den Intensitätswerten des Fluoreszenzlichts und zugeordneten Positionswerten des Brennpunkts eine dreidimensionale Rekonstruktion der topographischen Struktur zu errechnen. Diese kann dann beispielsweise auf einem Bildschirm zur Überprüfung und Analyse dargestellt werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Ausführungsform sieht weiterhin vor, daß zur Errechnung der dreidimensionalen Struktur zusätzlich Meßdaten mit Intensitätswerten von reflektiertem Anregungslicht und zugeordneten Positionswerten des Brennpunkts verwendet werden. Durch eine derartige Kombination eines Reflexionsund eines Fluoreszenzkanals lassen sich zum Beispiel fluoreszierende Lacke auf dem zu untersuchenden Wafer oder Bauelement leicht von Materialien der Unterlage, wie etwa Silizium oder Kupfer unterscheiden.
Mit den erfindungsgemäß gewonnenen Meßwerten kann beispielsweise auch die Schichtdicke . der zu überprüfenden topographischen Struktur bestimmt werden. Bei der Errechnung einer dreidimensionalen Rekonstruktion oder eines zweidimensionalen Schnittes durch die Struktur können neben der durchschnittlichen Schichtdicke auch Abweichungen vom Mittelwert der Schichtdicke festgestellt werden. Beispielsweise können die Varianz und die Minimal- und Maximalwerte der Schichtdicke Aufschluß über die Qualität und eventuelle Fehler der topographischen Struktur oder des Wafers, beziehungsweise des Bauelements geben.
Besonders günstig ist es, die zu vermessende topographische Struktur entlang der Brennebene des Mikroskops schichtweise abzutasten. Dazu können je nach gewünschter Information Meßpunkte aus einer einzelnen Schicht oder insbesondere auch aus mehreren übereinanderliegenden Schichten vermessen werden. Dabei bietet es sich an, die Brennebene zur Abtastung der Schichten relativ zur topographischen Struktur entlang der optischen Achse des Objektivs des konfokalen Mikroskops zu verschieben. Die Verschiebung der Brennebene kann in einfacher Weise durch Verschiebung des Wafers oder Bauelements erfolgen. Zur schichtweisen Abtastung der Struktur ist es weiterhin zweckmäßig, eine Scan-Einheit des Mikroskops vorzusehen. Eine solche Scan- Einheit kann beispielsweise bewegliche Scan-Spiegel, eine Nipkow-Scheibe und/oder einen akusto-optischen Deflektor umfassen, welche einen oder mehrere Lichtstrahlen, beziehungsweise deren Brennpunkte entlang einer Schicht bewegen .
Für das erfindungsgemäße Verfahren sind alle Arten konfokaler Mikroskope geeignet. Insbesondere hat sich ein Laser-Scanning-Mikroskop (LSM) als vorteilhaft für die Zwecke der Erfindung erwiesen, da die Verwendung von Laserlicht als Anregungslicht ein schnelles Abtasten bei hoher Ortsauflösung ermöglicht.
Viele Stoffe lassen sich besonders gut durch ultraviolettes Licht zur Fluoreszenz anregen. Dementsprechend ist es günstig, ultraviolettes Licht als Anregungslicht zu verwenden. Insbesondere ist dabei Licht mit Wellenlängen von 480nm, 458 nm oder 514 nm geeignet, welches mit Laserlichtquellen erzeugt werden kann.
Besonders geeignet zur Fluoreszenzanregung sind allgemein organische Materialien, insbesondere Polymere. Dementsprechend können besonders vorteilhaft Strukturen mit organischen Stoffen vermessen werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, daß eine dreidimensionale topographische Struktur vermessen wird, die zumindest einen der Stoffe Photoresist, BCB (Benzocyclobuten) , wie beispielsweise Cycloten, und SU8 oder andere photostrukturierbare Epoxide aufweist. Diese Stoffe sind im Bereich der Elektronik und Optoelektronik übliche und vielfach eingesetzte organische Materialien.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise vorteilhaft zur Vermessung und Überprüfung geätzter Vias oder Dicingstreets im Wafer oder Bauelement eingesetzt werden. Dabei kann etwa das Substrat-Material selbst fluoreszieren und/oder das Via oder die Dicingstreet können mit fluoreszierendem Material ausgefüllt sein.
Ein besonderes Problem bei der Überprüfung topographischer Strukturen auf Wafern oder Bauelementen stellt die Vermessung von Strukturen dar, die, in ihrer Gesamtheit aus einer Blickrichtung nicht erfaßt werden können, weil sie verdeckte Bereiche aufweisen. Derartige Strukturen lassen sich mit bisher üblichen Verfahren nicht zerstörungs- oder berührungsfrei ausmessen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird daher auch ein Verfahren bereitgestellt, mit welchem eine Vermessung solcher Strukturen möglich wird.
Demgemäß ist erfindungsgemäß auch ein Verfahren zur Vermessung dreidimensionaler topographischer Strukturen auf Wafern oder Bauelementen vorgesehen, bei welchem mit einem konfokalen Mikroskop zumindest eine topographische Struktur mit Licht abgetastet und das aus dem Brennpunkt in der Brennebene des Objektivs zurückgelangende Licht detektiert wird und Meßdaten aus der Lage des Brennpunkts und dem detektierten zurückgelangenden Licht gewonnen werden, wobei Bereiche der Struktur erfasst werden, deren Oberfläche entlang einer Richtung parallel zur optischen Achse verläuft, oder die bei parallel zur optischen Achse des Mikroskops einfallendem Licht sogar abgeschattet sind. Dieses Verfahren kann insbesondere auch mit den oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Vermessung topographischer Strukturen mittels konfokaler Fluoreszenzlicht-Mikroskopie kombiniert werden.
Es hat sich überraschend gezeigt, daß es die große numerische Apertur eines konfokalen Mikroskops gestattet, derartige Strukturen mit extrem steilen Flächen oder sogar abgeschatteten Bereichen abzubilden und auszumessen. Dabei können die unter großen Winkeln einfallenden Strahlen des Beleuchtungslichts auch solche Bereiche noch ausleuchten, die von entlang oder parallel zur optischen Achse des Objektivs einfallendem Licht durch Abschattungseffekte nicht mehr erreicht werden. Beispielsweise können so Bereiche der Struktur vermessen werden, die bei parallel zur optischen Achse des Objektivs einfallendem Licht durch einen anderen Bereich der Struktur, des Wafers oder des Bauelements abgeschattet, beziehungsweise verdeckt sind.
Die zur Vermessung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Meßdaten können aus an der Oberfläche der Struktur zurückreflektiertem Licht und/oder diffus zurückgestreutem Licht und/oder aus im Brennpunkt erzeugtem Fluoreszenzlicht erzeugt werden.
Eine erfindungsgemäße Detektion von sehr steilen Flächen mit großem Neigungswinkel zur Waferoberflache, bei welchem das Anregungslicht unter streifendem Einfall oder unter flachem Winkel auftrifft, ist dabei besonders gut möglich, wenn diese Flächen eine hinreichende Rauhigkeit aufweisen. Das detektierte Signal ist dann vor allem auf diffus zurückgestreutes Licht zurückzuführen. Abgeschattete Bereiche, die erfindungsgemäß vermessen werden können, können zum Beispiel Hinterätzungen umfassen, wie sie vielfach bei geätzten Strukturen entstehen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines konfokalen Mikroskops zur Durchführung des erfindungsgemäß Verfahrens,
Fig. 2A eine Mikroskopaufnahme des Reflexionssignals einer Lackstruktur auf einem Wafer, Fig. 2B eine Mikroskopaufnahme des Fluoreszenzsignals der Lackstruktur, Fig. 3 eine dreidimensionale Rekonstruktion einer weiteren Lackstruktur, Fig. 4 eine dreidimensionale Rekonstruktion eines Bereichs einer Waferoberflache, Fig. 5 eine entlang eines Schnitts in der yz-Ebene entlang der Linie A-A aufgeschnittene Ansicht der in Fig. 4 gezeigten dreidimensionalen Rekonstruktion, Fig. 6 Höhenmeßwerte entlang des Schnitts entlang der Linie A-A in Fig. 4, und Fig. 7 Meßwerte entlang eines Schnitts durch einen Wafer mit einem geätzten Via. In Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines als Ganzes mit dem Bezugszeichen 1 bezeichneten konfokalen LSM dargestellt, wie es für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Vermessung dreidimensionaler topographischer Strukturen auf Wafern oder Bauelementen geeignet ist. Ein derartiges konfokales Mikroskop 1 umfaßt typischerweise einen Laser 5 als Beleuchtungsquelle. Geeignet zur Anregung von Fluoreszenz organischer Materialien sind dabei insbesondere Ultraviolett-Lichtquellen, wie etwa UV-Laser.
Zur Detektion des durch das Laserlicht angeregten Fluoreszenzlichts ist eine Photomultiplier-Röhre 7 vorgesehen. Das Licht des Lasers 5 wird über einen dichroitischen Spiegel 8 auf die optische Achse des Mikroskops 1 eingekoppelt. Um neben dem Fluoreszenzlicht auch reflektiertes oder gestreutes Anregungslicht zu detektieren, kann der dichroitische Spiegel 8 durch einen für das von der Probe kommende Licht durchlässigen Strahlteiler 8' ersetzt werden.
Mit dem konfokalen Mikroskop 1 wird eine fluoreszierende topographische Struktur 22 mit dem Anregungslicht abgetastet und das aus dem Brennpunkt 17 in der Brennebene 17 des Objektivs emittierte, durch das Anregungslicht angeregte Fluoreszenzlicht detektiert. Aus der Lage des Brennpunkts 19 und dem detektierten Fluoreszenzsignal werden dann Meßdaten gewonnen und aufgezeichnet.
Im Strahlengang des Mikroskops sind zur Bereitstellung einer konfokalen Konfiguration zwei konfokal angeordnete Blenden 9 und 11 für das Laserlicht, beziehungsweise das von der zu untersuchenden Probe reflektierte oder emittierte Licht vorgesehen. Als Probe ist bei dem in- Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Wafer 2 dargestellt, auf dessen Oberfläche 21 die zu vermessende fluoreszierende topograpische Struktur 22 angeordnet ist. Die Struktur 22 und optional die Waferoberflache 21 werden mit dem konfokalen Mikroskop 1 schichtweise entlang der Brennebene 19 in xy-Richtung abgetastet. Die Abtastung der Schichten erfolgt dabei durch Rastern des Anregungslichts mittels einer Scan-Einheit 13. Das Abtasten der Schichten kann beispielsweise mittels bewegter Scan-Spiegel, einer rotierenden Nipkow-Scheibe oder eines akusto-optischen Deflektors als Komponenten der Scan-Einheit 13 erfolgen.
Es können mehrere in z-Richtung übereinanderliegende Schichten aufgenommen werden, so daß Meßdaten von dreidimensional verteilten Meßpunkten gewonnen werden, so daß eine dreidimensionale Rekonstruktion der Struktur 22 und der Waferoberflache errechnen werden kann.
Um die Schichten nacheinander aufzunehmen, beziehungsweise abzutasten, wird die Brennebene 19 relativ zur topographischen Struktur 22 entlang der optischen Achse 16 des Objektivs 15 des Mikroskops 1 verschoben, wobei die Verschiebung der Brennebene 19 durch Verschiebung des Wafers 2 entlang der z-Richtung erfolgt.
Aus den Intensitätswerten des Fluoreszenzlichts und zugeordneten bekannten Positionswerten des Brennpunkts wird schließlich mittels eines Rechners 25 eine dreidimensionale Rekonstruktion der topographischen Struktur 22 errechnet. Dazu ist der Rechner über Leitungen 27, 29 mit der Scan- Einheit 13 und der Photomultiplier-Röhre 7 verbunden, so daß die von der Photomultiplier-Röhre 7 detektierten Intensitätswerte an den Rechner übertragen und die Scan- Einheit und damit die Lage des Brennpunkts 17 in der Brennebene 19 angesteuert werden können.
Zusätzlich können auch noch Meßdaten mit Intensitätswerten von reflektiertem Anregungslicht und zugeordneten Positionswerten des Brennpunkts 19 zur Errechnung der dreidimensionalen Struktur verwendet werden. Dazu können beispielsweise die Schichten nacheinander unter Detektion von Fluoreszenz- und reflektiertem Anregungslicht abgetastet werden. Ebenso kann auch in einer von der in Fig. 1 abweichenden Konfiguration mittels eines zusätzlichen Strahlteilers und Detektors gleichzeitig Fluoreszenzlicht und reflektiertes Anregungslicht detektiert werden.
In den Fig. 2A und 2B sind Aufnahmen einer Lackstruktur auf einem Wafer dargestellt, die mit einem konfokalen Mikroskop gemacht wurden. Die Aufnahmen stellen jeweils die Meßwerte aus einer zweidimensionalen Schicht entlang der Brennebene des Objektivs dar. Dabei zeigt Fig. 2A eine Mikroskopaufnahme des Reflexionssignals der Lackstruktur und Fig. 2B eine Mikroskopaufnahme des Fluoreszenzsignals derselben Lackstruktur. Durch die Kombination solcher Aufnahmen, beziehungsweise allgemein einer Kombination eines Reflexions- und eines Fluoreszenzkanals lassen sich fluoreszierende Lacke von Substratmaterialien wie Silizium oder Kupfer leicht unterscheiden. Auf diese Weise können beispielsweise verbliebene Lackreste in Strukturen sichtbar gemacht werden. So sind zum Beispiel bei der in den Fig. 2A und 2B dargestellten Lackstruktur im kreisförmigen, an sich lackfreien Teil nach der Photostrukturierung noch Lackreste verblieben .
Fig. 3 zeigt eine dreidimensionale Rekonstruktion einer topographischen Struktur auf einem Wafer. Die Struktur ist ein Teil einer Lackschicht 30, die auf einer strukturierten Oberfläche des Wafers aufgebracht wurde. Die Strukturierung des Wafers ist derart, daß dieser eine Vertiefung mit schräg abfallenden Flanken aufweist. Solche Strukturen sind etwa bei geätzten Vias oder geätzten oder geschliffenen Dicing-Streets vorhanden. Der in Fig. 3 dargestellte Ausschnitt der Lackschicht 30 zeigt einen Bereich, welcher über die Oberkante der Vertiefung hinweg verläuft. Die Kante der Vertiefung ist mit K, die schräg abfallende Flanke mit F gekennzeichnet.
Die Meßwerte für die dreidimensionale Rekonstruktion der Lackschicht 30 wurden durch Abtasten der Lackschicht 30 und Detektion des aus dem Brennpunkt des Objektivs emittierten, durch das Anregungslicht angeregten Fluoreszenzlichts gewonnen. Die Meßpunkte zur Ermittlung der Meßdaten waren dabei dreidimensional verteilt, wobei die Meßwerte durch schichtweises Abtasten von übereinanderliegenden Schichten entlang der Brennebene aufgenommen wurden.
Da im wesentlichen nur der Lack unter Einwirkung von ultraviolettem Licht fluoresziert, kann das Wafermaterial gut von der Lackschicht unterschieden werden. Damit kann, wie in Fig. 3 gezeigt, eine saubere Rekonstruktion der Lackschicht 30 errechnet werden. Das Material der Unterlage, beziehungsweise des Wafers ist in der Rekonstruktion nicht zu sehen.
Die vermessene Lackschicht 30 dieses Ausführungsbeispiels ist eine BCB -Isolationsschicht auf einem Wafer. Ähnlich gute Ergebnisse bei der dreidimensionalen Rekonstruktion können ebenso auch mit anderen organischen Materialien, die in der Halbleiterfertigung eingesetzt werden, wie etwa Photoresist oder ein photostrukturierbares Epoxid, beispielsweise SU8 erreicht werden. BCB zeigt im ultravioletten Bereich maximale Absorption bei 335 nm Wellenlänge. Für viele andere organische Materialien ist jedoch auch Anregungslicht mit Wellenlängen von 480nm, 458 nm oder 514 nm geeignet. Die maximale Intensität der Emission von Fluoreszenzlicht von BCB liegt bei 390 nm Wellenlänge .
Bei strukturierten Waferoberflachen wie in diesem Beispiel können Lackschichten vielfach nicht durch Spin-Coating aufgetragen werden, da sich anderenfalls an den Strukturen unter Umständen lackfreie Bereiche ausbilden. Geschlossene Lackschichten werden daher vielfach durch Aufsprühen auf solche strukturierten Oberflächen aufgebracht. Auch beim Aufsprühen von Lacken können sich aber an Kanten geringere Lackschichtdicken ergeben. Dieser Effekt ist auch an der Kante K der Vertiefung des in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiels zu erkennen. Die Lackschicht 30 zeigt an dieser Stelle eine deutliche Taille. Das erfindungsgemäße Verfahren hilft hier unter anderem, zu überprüfen, ob die Lackschichtdicke für eine Isolation von auf der Lackschicht aufgebrachten leitenden Schichten gegenüber dem Wafer noch ausreicht.
Eine weitere Einsatzmöglichkeit für das erfindungsgemäße Verfahren ist die dreidimensionale Rekonstruktion mikromechanischer Komponenten als Bestandteile eines Wafers oder Bauelements." Diese können zum Beispiel aus dem Wafermaterial herausgearbeitet oder auf diesen aufgesetzt sein. Eine Möglichkeit, mikromechanische Komponenten herzustellen, besteht darin, Kunststoffschichten aus geeigneten Kunststoffen zu photostrukturieren. Geeignet dazu sind beispielsweise photostrukturierbare Epoxide, insbesondere SU8. Derartige MEMS- oder MOEMS-Komponenten können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gut durch Aufnahme des Fluoreszenzsignals vermessen und rekonstruiert werden.
In Fig. 4 ist eine dreidimensionale Rekonstruktion eines Bereiches einer Waferoberflache 21 dargestellt. Bei dem in Fig. 4 gewählten Koordinatensystem liegt dabei der Wafer in der xy-Ebene. Fig. 5 zeigt eine in der yz-Ebene entlang der Linie A-A aufgeschnittene Ansicht der in Fig. 4 dargestellten Rekonstruktion. In Fig. 6 ist außerdem ein Graph mit entlang des Schnitts gemessenen Höhenmeßwerten gezeigt .
Der in den Fig. 4 und 5 dargestellte Bereich der Waferoberfläche 21 weist eine Vertiefung 31 und einen Graben 33 auf, wobei der Graben 33 nur zur Hälfte dargestellt ist. Bei der Vertiefung 31 handelt es sich um ein geätztes Via-Loch und der Graben 33 ist eine Dicingstreet, entlang welcher die einzelnen Dies nach der Fertigstellung des Wafers abgetrennt werden können. Die Strukturen 31, 33 wurden beide jeweils bis zu einer Ätzstopp-Schicht von der Seite 21 des Wafers her geätzt. Die Ätzstopp-Schicht ist in beiden Strukturen 31, 33 jeweils als flacher Bodenbereich 34 des Vias 31 und des Grabens 33 zu erkennen.
Beide Strukturen können beispielsweise durch Ätzen hergestellt sein. Die Strukturen 31, 33 weisen bezüglich der xy-Ebene, in welcher der Wafer liegt, extrem steile Flächen auf, wobei die Bereiche 35 sogar senkrecht zur xy- Ebene, beziehungsweise parallel zu der in z-Richtung liegenden optischen Achse des Mikroskops liegen.
Die in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Meßwerte der Topographie der Waferoberfläche wurden erfindungsgemäß gewonnen, indem mit einem konfokalen Mikroskop, wie es beispielsweise in Fig. 1 gezeigt ist, der gezeigte Bereich der Waferoberfläche 21 mit den topographischen Strukturen 31, 33 mit Licht abgetastet und das aus dem Brennpunkt in der Brennebene des Objektivs zurückgelangende Licht detektiert wird, wobei Meßdaten aus der Lage des Brennpunkts und dem detektierten zurückgelangenden Licht gewonnen werden. Dabei wurden die gesamten Strukturen 31, 33, einschließlich von Bereichen 35 der Strukturen 31, 33 erfasst, deren Oberfläche parallel zur optischen Achse verläuft .
Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert besonders gut, wenn die steilen Flächen eine hohe Rauhigkeit aufweisen, so daß viel Licht aus dem Brennpunkt zurück in das Objektiv reflektiert wird und detektiert werden kann. Es ist aber auch möglich, die topographischen Strukturen zu vermessen, indem Fluoreszenzlicht aus dem Brennpunkt detektiert wird. Dazu können die Strukturen der Waferoberfläche beispielsweise mit fluoreszierendem Material bedeckt sein. Die topographischen Strukturen können dann aus einer Rekonstruktion des fluoreszierenden Materials ebenfalls rekonstruiert werden. So stellt die Unterseite der in Fig. 3 gezeigten Rekonstruktion der Lackschicht ein Abbild der Oberläche des Wafers dar.
In Fig. 7 ist ein weiteres Beispiel mit Meßwerten gezeigt, die entlang eines Schnitts durch einen Wafer mit einem geätzten Via 31 aufgenommen wurden. Ähnlich wie bei dem anhand der Fig. 4 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiel wurde das Via auch hier bis zu einer Ätzstoppschicht geätzt, so daß das Via einen flachen Bodenbereich 34 aufweist. Das Via 31 weist außerdem eine Hinterätzung auf. Dadurch ergibt sich ein hervorstehender Bereich 39 der Waferoberfläche 21. Wird der Wafer zur Vermessung in üblicher Weise so angeordnet, daß dessen Oberfläche 21 senkrecht zur optischen Achse des Objektivs des konfokalen Mikroskops steht, so bewirkt der Bereich 39 eine Abschattung von Bereichen 37 der Oberfläche des Vias 31 in Bezug auf Licht, welches entlang einer Richtung 41 parallel zur optischen Achse des Objektivs einfällt. Diese Bereiche 37 sind demgemäß aus Richtung des Mikroskops betrachtet verdeckt. Wie anhand von Fig. 7 zu erkennen ist, wird aber aufgrund der großen numerischen Apertur des Mikroskops die gesamte Oberfläche der Struktur 31 einschließlich der verdeckten, beziehungsweise abgeschatteten Bereiche 37 erfindungsgemäß erfasst. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit auch die vollständige und zerstörungsfreie Vermessung, Rekonstruktion und Visualisierung derartiger dreidimensionaler topographischer Strukturen.
Bezugszeichenliste 1 Konfokales Mikroskop 2 Wafer 5 Laser 7 Photomultiplier-Röhre 8 Dichroitischer Spiegel 8' Strahlteiler 9,11 konfokal angeordnete Blenden 13 Scan-Einheit 15 Objektiv 16 optische Achse von 15 17 Brennpunkt 19 Brennebene 21 Oberfläche von 2 22 topographische Struktur 25 Rechner 27,29 Leitungen 30 Lackschicht 31 Vertiefung 33 Graben 34 flacher Bodenbereich von 31, 33 35 senkrechter Oberflächenbereich 37 abgeschatteter Bereich 39 abschattender Bereich 41 Richtung parallel zu 16 K Kante F Flanke

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Vermessung dreidimensionaler topographischer Strukturen (22) auf Wafern (2) oder Bauelementen, bei welchem mit einem konfokalen Mikroskop (1) zumindest eine fluoreszierende topographische Struktur (22) mit Anregungslicht abgetastet und das aus dem Brennpunkt (17) in der Brennebene (19) des Objektivs (15) emittierte, durch das Anregungslicht angeregte Fluoreszenzlicht detektiert wird und Meßdaten aus der Lage des Brennpunkts (17) und dem detektierten Fluoreszenzsignal gewonnen werden.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß reflektiertes oder gestreutes Anregungslicht detektiert wird.
3. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Meßdaten von dreidimensional verteilten Meßpunkten gewonnen werden.
4. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die topographische Struktur entlang der Brennebene (19) des Mikroskops (1) schichtweise abgetastet wird.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekenzeichnet, daß die Brennebene (19) zur Abtastung der Schichten relativ zur topographischen Struktur (22) entlang der
BESTATIGUNGSKOPIE optischen Achse (16) des Objektivs (15) des konfokalen Mikroskops (1) verschoben wird.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung der Brennebene (19) durch Verschiebung des Wafers (2) oder Bauelements erfolgt.
7. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die topographische Struktur (22) schichtweise mittels einer Scan-Einheit (13) des Mikroskops (1) abgetastet wird.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtasten mittels bewegter Scan-Spiegel erfolgt .
9. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtasten mittels einer Nipkow-Scheibe oder eines akusto-optischen Deflektors erfolgt.
10. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Laserlicht als Anregungslicht verwendet wird.
11. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Intensitätswerten des Fluoreszenzlichts und zugeordneten Positionswerten des Brennpunkts eine dreidimensionale Rekonstruktion der topographischen Struktur (22) errechnet wird.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Errechnung der dreidimensionalen Struktur zusätzlich Meßdaten mit Intensitätswerten von reflektiertem Anregungslicht und zugeordneten Positionswerten des Brennpunkts (17) verwendet werden.
13. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Meßdaten die Schichtdicke der fluoreszierenden Struktur (22) bestimmt wird.
14. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ultraviolettes Licht als Anregungslicht verwendet wird.
15. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Anregungslicht Licht mit einer Wellenlänge von 480nm, 458 nm oder 514 nm verwendet wird.
16. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine dreidimensionale topographische Struktur (22) vermessen wird, die zumindest einen der Stoffe Photoresist, BCB, photostrukturierbares Epoxid aufweist.
17. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein geätztes Via (31), eine Dicingstreet (33) oder eine mikromechanische Struktur vermessen wird.
18. Verfahren zur Vermessung dreidimensionaler topographischer Strukturen (22, 31, 33) auf Wafern (2) oder Bauelementen, insbesondere gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem mit einem konfokalen Mikroskop (1) zumindest eine topographische Struktur (22) mit Licht abgetastet und das aus dem Brennpunkt (17) in der Brennebene (19) des Objektivs (15) zurückgelangende Licht detektiert wird und Meßdaten aus der Lage des Brennpunkts (17) und dem detektierten zurückgelangenden Licht gewonnen werden, wobei Bereiche (35, 37) der Struktur erfasst werden, deren Oberfläche entlang einer Richtung (41) parallel zur optischen Achse verläuft, oder die bei parallel zur optischen Achse des Mikroskops einfallendem Licht abgeschattet sind.
19. Verfahren gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß Meßdaten aus an der Oberfläche der Struktur (22, 31, 35) zurückreflektiertem Licht gewonnen werden.
20. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Meßdaten aus im Brennpunkt (19) erzeugtem Fluoreszenzlicht erzeugt werden.
21. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Bereiche (37) der Struktur vermessen werden, die bei parallel zur optischen Achse (16) des Objektivs (15) einfallendem Licht durch einen Bereich (39) der Struktur (31), des Wafers (2) oder des Bauelements abgeschattet sind.
22. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein bei parallel zur optischen Achse (16) des Objektivs (15) einfallendem Licht abgeschatter Bereich (37) vermessen wird, welcher eine Hinterätzung einer geätzten Struktur (31, 33) umfaßt.
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