DE102008039322A1

DE102008039322A1 - Verfahren zum Ermitteln des Tiefenprofils einer Oberflächenstruktur und System zum Ermitteln des Tiefenprofils einer Oberflächenstruktur

Info

Publication number: DE102008039322A1
Application number: DE102008039322A
Authority: DE
Inventors: Frank Hoffmann; Knut Dr. Voigtländer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2007-08-30
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2028-08-23
Also published as: US20090059239A1; DE102008039322B4; US7812966B2

Abstract

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Ermitteln des Tiefenprofils einer Oberflächenstruktur bereitgestellt. Das Verfahren kann aufweisen: Bestrahlen der Oberflächenstruktur mit Bestrahlungslicht, das Lichtkomponenten mit unterschiedlichen Wellenlängen aufweist, und Ermitteln des Tiefenprofils der Oberflächenstruktur in Abhängigkeit von interferometrischen Effekten, die durch die Reflexion des Bestrahlungslichts an der Oberflächenstruktur verursacht werden.

Description

Es ist bekannt, dass man ein Tiefenprofil einer Oberflächenstruktur unter Verwendung von interferometrischen Effekten ermittelt. Die Ermittlung des Tiefenprofiles ermöglicht es die Bildung einer Oberflächenstruktur einer Schicht oder eines Verbunds von Schichten, wie zum Beispiel einer Halbleiterschicht oder eines Verbunds von Halbleiterschichten, zu steuern.
In den Zeichnungen beziehen sich Bezugszeichen im Allgemeinen auf dieselben Teile durchgehend über alle unterschiedlichen Ansichten. Die Zeichnungen geben nicht notwendigerweise die tatsächlichen Größenverhältnisse wieder, sondern dienen allgemein dazu, die Prinzipien der Erfindung darzustellen. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen, in welchen:
1 eine schematische Zeichnung zeigt, die ein Verfahren zur Ermittlung eines Tiefenprofils einer Oberflächenstruktur darstellt;
2A eine Prozessphase eines Verfahrens zum Ermitteln einer Entwicklungskurve während der Bildung der Oberflächenstruktur zeigt;
2B eine Prozessphase eines Verfahrens zum Ermitteln einer Entwicklungskurve während der Bildung einer Oberflächenstruktur zeigt;
2C eine Prozessphase eines Verfahrens zum Ermitteln einer Entwicklungskurve während der Bildung der Oberflächenstruktur zeigt;
3 ein Verfahren zur Ermittlung des Tiefenprofils einer Oberflächenstruktur gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
4 ein System zum Ermitteln des Tiefenprofils einer Oberflächenstruktur gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
5A eine Entwicklungskurve zeigt, die man bei Verwendung von Bestrahlungslicht einer festen Wellenlänge erhält;
5B eine Entwicklungskurve zeigt, die man bei Verwendung von Bestrahlungslicht mit mehreren Wellenlängen erhält;
1 zeigt ein Verfahren zum Ermitteln eines Tiefenprofils einer Oberflächenstruktur unter Nutzung von interferometrischen Effekten.
Hier wird angenommen, dass die in 1 gezeigte Oberflächenstruktur 100 ein Graben 101 ist, der in einer Schicht 102 ausgebildet wurde, zum Beispiel einer Substratschicht eines Halbleiter-Bauteils. Die Oberflächenstruktur 100 wird bestrahlt mit Bestrahlungslicht 103. Das Bestrahlungslicht 103 wird an der Oberflächenstruktur 100 reflektiert und dabei (zumindest teilweise) in Reflexionslicht 104 umgewandelt. Das Bestrahlungslicht 103 ist kohärentes Licht, d. h. Licht bestehend aus Lichtkomponenten, die eine feste Phasendifferenz zueinander haben. In der Ausführungsform, die in 1 gezeigt wird, wird angenommen, dass die Phasendifferenz zwischen unterschiedlichen Lichtkomponenten des Bestrahlungslichts 103, zum Beispiel zwischen einer ersten Lichtkomponente 105 und einer zweiten Lichtkomponente 106, Null ist. Diese Phasendifferenz ändert sich, wenn das Bestrahlungslicht 103 an der Oberflächenstruktur 100 reflektiert wird und Reflexionslicht 104 wird. Also ist die Phasendifferenz zwischen der ersten Lichtkomponente 105 und der zweiten Lichtkomponente 106 innerhalb des Reflexionslichts 104 im Gegensatz zum Bestrahlungslicht 103 von Null verschieden. In der Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, wird angenommen, dass die Phasendifferenz, die von der Reflexion des Bestrahlungslichts 103 an der Oberflächenstruktur 100 verursacht wird, λ/4 ist. Das ergibt sich aus einem optischen Gangunterschied zwischen der ersten Lichtkomponente 105 und der zweiten Lichtkomponente 106. Die zweite Lichtkomponente 106 hat einen längeren Weg 102, bevor sie zum Reflexionslicht 104 wird, und hat denselben Weg 102 zurück, bevor sie denselben Punkt wie die erste Lichtkomponente 105 als Reflexionslicht 104 erreicht. Da die Phasendifferenz zwischen der ersten Lichtkomponente 105 und der zweiten Lichtkomponente 106 innerhalb des Reflexionslichts 104 verschieden von Null ist, ändert sich die Intensität des Reflexionslichts (104) in Abhängigkeit des optischen Gangunterschieds. Die Intensität des Reflexionslichts 104 hat ihr Maximum, falls die „Optische Phasendifferenz" (OPD – die Differenz der Weglängen multipliziert mit dem Brechungsindex beider Lichtkomponenten 105, 106) Null ist (z. B. falls die Tiefe des Grabens 101 Null ist) oder ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge ist, und ihr Minimum, falls die Tiefe des Grabens ein ganzzahliges Vielfaches und ein Halbes der Wellenlänge ist. Deshalb ist es durch Bestimmen der Intensität des Reflexionslichts 104 möglich, Daten zu erhalten, die das Tiefenprofil der Oberflächenstruktur 100 betreffen.
Das Verfahren, welches in 1 dargestellt wird, wird verwendet, um den Prozess zum Erzeugen einer Oberflächenstruktur, wie in 2A bis 2C gezeigt, zu steuern.
2A zeigt eine Prozessphase A, in welcher eine Oberflächenstruktur 200 gebildet wurde. Die Oberflächenstruktur 200 weist einen Graben 201 mit einer ersten Tiefe 202 auf. Es wird angenommen, dass der Graben 201 in einer Substratschicht 203 unter Verwendung eines Ätzprozesses gebildet wird. In der Prozessphase A, die in 2A gezeigt ist, besteht das Reflexionslicht 104 aufgrund der Tiefe 202 des Grabens 201 aus Lichtkomponenten mit einer Phasendifferenz von Null zueinander. Deswegen hat die Intensität des Reflexionslichts 104 einen Maximalwert 204, wie im rechten Teil von 2A gezeigt.
2B zeigt eine Prozessphase B, in welcher eine Oberflächenstruktur 200' gebildet wurde. Die Oberflächenstruktur 200' weist einen Graben 201 auf, dessen Tiefe 202' größer ist im Vergleich zu dem Graben 201, der in der Prozessphase A gezeigt wurde, aufgrund des fortgeführten Ätzprozesses. Wegen der vergrößerten Tiefe 202' haben die Lichtkomponenten des Reflexionslichts 104 eine von Null verschiedene Phasendifferenz zueinander (hier: eine Phasendifferenz von λ/2). Deswegen ist die Intensität des Reflexionslichts 104 auf ein Minimum 204' reduziert, wie es im rechten Teil von 2B gezeigt wird.
2C zeigt eine Prozessphase C, in welcher eine Oberflächenstruktur 200'' gebildet wurde. Die Oberflächenstruktur 200'' weist einen Graben 201 auf, dessen Tiefe 202''aufgrund des fortgeschrittenen Ätzprozesses größer ist im Vergleich zu dem Graben 201, der in der Prozessphase B gezeigt ist. Deswegen haben die Lichtkomponenten innerhalb des Reflexionslichts 104 wieder eine Phasendifferenz von Null zueinander. Als Folge davon ist die Intensität des Reflexionslichts 104 auf einen Maximalwert 204'' erhöht, wie es im rechten Teil von 2C gezeigt wird.
Auf diese Weise wird eine Entwicklungskurve 205 erzeugt, die die Intensität des Reflexionslichts 104 während der Bildung des Grabens 201 angibt. Die Tiefe 202 des Grabens 201 zu einem gegebenen Zeitpunkt kann ermittelt werden durch Ermitteln der Anzahl und der Positionen von Minima/Maxima 204, 204', 204'' und Wendepunkten zwischen den Minima/Maxima 204, 204', 204'' innerhalb der Entwicklungskurve 205 zu dem Zeitpunkt. Die Geschwindigkeit des Grabenbildung-Prozesses (z. B. die Geschwindigkeit eines Ätzprozesses, welcher den Graben 201 ausbildet) kann ermittelt/gesteuert werden mittels wiederholtem Ermitteln der Tiefe des Grabens 201.
Je größer die Anzahl an Minima/Maxima (oder Wendepunkten) 204 innerhalb der Entwicklungskurve 205 ist, desto höher ist die Präzision des Ermittelns der Tiefe 202 des Grabens 201. Deshalb wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln des Tiefenprofils einer Oberflächenstruktur bereitgestellt, wobei die verwendeten Entwicklungskurven eine erhöhte Anzahl an Maxima/Minima (oder Wendepunkten) im Vergleich zu üblichen Tiefenprofil-Ermittlungsverfahren aufweisen.
Alternativ ist eine höhere Präzision des Ermittelns der Tiefe 202 des Grabens 201 erreichbar, falls ein Extremwert (Minimum/Maximum) oder Wendepunkt innerhalb der Entwicklungskurve 205 einer Tiefe entspricht, welche der Zieltiefe so nah wie möglich kommt (jedoch kleiner ist). Deswegen wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln des Tiefenprofils einer Oberflächenstruktur bereitgestellt, wobei die verwendeten Entwicklungskurven ein optimiertes Auftreten an Minima/Maxima (oder Wendepunkten) im Vergleich zu üblichen Tiefenprofil-Ermittlungsverfahren aufweisen (Die Minima/Maxima oder Wendepunkte entsprechen einer Tiefe, welche so nah wie möglich an die Zieltiefe kommt (jedoch kleiner ist)). Falls ein Minimum/Maximum oder Wendepunkt einer Tiefe entspricht, welche sehr nah an die Zieltiefe kommt, ist ein Minimum/Maximum oder ein Wendepunkt innerhalb einer Entwicklungskurve ausreichend.
3 zeigt ein Verfahren 300 zum Ermitteln des Tiefenprofils einer Oberflächenstruktur gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In 301 wird die Oberflächenstruktur mit Bestrahlungslicht bestrahlt, welches Lichtkomponenten unterschiedlicher Wellenlängen aufweist. In 302 wird das Tiefenprofil der Oberflächenstruktur in Abhängigkeit von interferometrischen Effekten ermittelt, welche durch die Reflexion des Bestrahlungslichts an der Oberflächenstruktur verursacht werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird in 301 die Oberflächenstruktur während der Bildung der Oberflächenstruktur mit Bestrahlungslicht bestrahlt, um eine entsprechende Entwicklungskurve zu erzeugen, welche die Änderung des Tiefenprofils über der Zeit widerspiegelt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden in 302 die Intensitäten der Lichtkomponenten des Reflexionslichts in Abhängigkeit der entsprechenden Lichtkomponenten-2Gewichtsfaktoren gewichtet. Das heißt, dass Licht ausgestrahlt und ohne jegliche Manipulation reflektiert wird, wobei vom Reflexionslicht unter Verwendung eines Detektors Reflexions-Intensität-Rohdaten erhalten werden. Die Reflexions-Intensität-Rohdaten werden dann gewichtet, d. h. die Reflexionsintensitäten unterschiedlicher Wellenlängen werden gewichtet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren unter Verwendung des folgenden Prozesses bestimmt: a) Erzeugen einer Hilfsoberflächenstruktur, die identisch oder ähnlich der zu messenden Oberflächenstruktur ist; b) Bestrahlen der Hilfsoberflächenstruktur mit Licht einer festen Wellenlänge während ihrer Bildung; c) Messen des Lichts, das von der Hilfsoberflächenstruktur reflektiert wird; d) Erzeugen einer entsprechenden Hilfsentwicklungskurve in Abhängigkeit des gemessenen Reflexionslichts; e) Mehrfaches Ausführen der Schritte b) bis d), wobei jedes Mal Licht einer anderen festen Wellenlänge verwendet wird; und f) Ermitteln der Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren in Abhängigkeit der ermittelten Hilfsentwicklungskurven, wobei Schritt e) für alle gewünschten Wellenlängen gleichzeitig durchgeführt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren in 302 in Abhängigkeit von Daten gewählt, die das Tiefenprofil der Oberflächenstruktur betreffen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Oberflächenstruktur unter Verwendung eines Ätzprozesses erzeugt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Oberflächenstruktur unter Verwendung eines Ätzprozesses mit konstanter Ätzgeschwindigkeit erzeugt. Jedoch braucht die Ätzgeschwindigkeit nicht konstant zu sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren für eine Anwendung in 302 unter Verwendung einer Hauptkomponentenanalyse (PCA: principal component analysis) ermittelt.
Mit dem PCA-Verfahren wird das volle Spektrum in seine linear unabhängigen Komponenten zerlegt. Die resultierenden Gewichtsvektoren vereinen die einzelnen Wellenlängen-Kanäle in Gruppen (Komponenten) mit ähnlichen Interferenzsignalen. Dieser Satz von rauschreduzierten Komponentensignalen wird in einem zweiten Schritt verwendet, um eine passende lineare Überlagerung zu bilden, welche das endgültige Interferenz-Zeit-Signal liefert. Für beliebige Ziel-Oszillations-Frequenzen wird die Zielphase unter Verwendung eines nichtlinearen Optimierungsverfahrens mit einer zu Grunde liegenden linearen Gewichtsabschätzung für die PCA-Komponentensignale optimiert. Die Ziel-Oszillations-Frequenz wird erhöht werden, bis keine passende Modulation mehr möglich ist. Dies liefert letztendlich eine Spektral-Kanalkombination, welche ein schnelles, oszillierendes rauscharmes Interferenzsignal ausführt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren so ermittelt, dass die Entwicklungskurve so viele Extremwerte und Wendepunkte (Minima/Maxima) wie möglich hat.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren so ermittelt, dass die Entwicklungskurve ein optimiertes Auftreten von Extremwerten und Wendepunkten aufweist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung heißt „optimiertes Auftreten", dass die Minima/Maxima oder Wendepunkte einer Tiefe entsprechen, welche der Zieltiefe so nah wie möglich kommt (jedoch kleiner ist).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren so in 301 ermittelt, dass die Rauschkomponenten oder Driftkomponenten des reflektierten Strahlungslichts kompensiert oder reduziert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Ermitteln des Tiefenprofils einer Oberflächenstruktur bereitgestellt, wobei das Verfahren aufweist: Bilden einer Oberflächenstruktur innerhalb einer Schicht oder eines Verbunds von Schichten, der eine Mehrzahl an Schichten aufweist; Bestrahlen der Oberflächenstruktur während ihrer Bildung mit Bestrahlungslicht, welche Lichtkomponenten unterschiedlicher Wellenlängen aufweist, dabei Erstellen einer Entwicklungskurve in Abhängigkeit von interferometrischen Effekten, die verursacht werden durch die Reflexion von Bestrahlungslicht an der Oberflächenstruktur, wobei die Entwicklungskurven die Änderung des Tiefenprofils über die Zeit widerspiegeln.
4 zeigt ein System 400 zum Ermitteln des Tiefenprofils einer Oberflächenstruktur. Das System 400 weist auf: eine Lichtbestrahlungseinheit 401, die so eingerichtet ist, dass sie die Oberflächenstruktur 100 mit Bestrahlungslicht 103 bestrahlt, welches Lichtkomponenten unterschiedlicher Wellenlängen aufweist; eine Lichtempfangseinheit 402, die so eingerichtet ist, dass sie Reflexionslicht 104 empfängt, welches erzeugt wird durch Reflexion des Bestrahlungslichts 103 an der Oberflächenstruktur 100; eine Ermittlungseinheit 403, die mit der Lichtempfangseinheit 402 gekoppelt ist und die das Tiefenprofil der Oberflächenstruktur 100 in Abhängigkeit von interferometrischen Effekten ermittelt, die innerhalb des Reflexionslichts 104, das von der Empfangseinheit 402 empfangen wird, auftreten.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das System 400 eine Entwicklungskurven-Erzeugungseinheit (welche zum Beispiel innerhalb der Ermittlungseinheit 403 angeordnet werden kann) auf, die eine Entwicklungskurve der Oberflächenstruktur 100 mittels Verarbeiten von interferometrischen Effekten erzeugt, die innerhalb des Reflexionslichts 104 während der Bildung der Oberflächenstruktur 100 detektiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Ermittlungseinheit 403 eingerichtet zum Ermitteln des Tiefenprofils der Oberflächenstruktur 100 in Abhängigkeit der ermittelten Entwicklungskurve.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Ermittlungseinheit 403 eingerichtet zum Gewichten der Intensitäten des Reflexionslichts 104 in Abhängigkeit von entsprechenden Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das System 400 eine Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren-Ermittlungseinheit auf, welche eingerichtet ist zum Ermitteln der Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren in Abhängigkeit von zusätzlichen Entwicklungskurven, wobei jede zusätzliche Entwicklungskurve die Änderung des Tiefenprofils der Oberflächenstruktur 100 über der Zeit widerspiegelt und wobei jede zusätzliche Entwicklungskurve erzeugt wurde unter Verwendung von Bestrahlungslicht, welches nur ungewichtete Wellenlängen des gewünschten Wellenlängenbereichs hat.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren-Ermittlungseinheit eingerichtet zum Ermitteln der Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren mittels Anwenden einer Hauptkomponentenanalyse auf die zusätzlichen Entwicklungskurven.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren-Ermittlungseinheit eingerichtet zum Ermitteln der Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren so, dass die resultierende Entwicklungskurve so viele Extremwerte (Minima/Maxima) und Wendepunkte wie möglich hat.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren-Ermittlungseinheit eingerichtet zum Ermitteln der Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren so, dass die resultierende Entwicklungskurve ein optimiertes Auftreten von Extremwerten und Wendepunkten aufweist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung heißt „optimiertes Auftreten", dass die Minima/Maxima oder Wendepunkte einer Tiefe entsprechen, welche der Zieltiefe so nah wie möglich kommt (jedoch kleiner ist). In diesem Fall ist nur ein Minimum oder Maximum oder Wendepunkt innerhalb der resultierenden Entwicklungskurve erforderlich.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren-Ermittlungseinheit eingerichtet zum Ermitteln der Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren so, dass die Rauschkomponenten oder Driftkomponenten, die die resultierende Entwicklungskurve aufweist, kompensiert oder reduziert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein System zum Ermitteln des Tiefenprofils einer Oberflächenstruktur bereitgestellt, welches aufweist: Bestrahlungsmittel, die die Oberflächenstruktur mit Bestrahlungslicht bestrahlen, welches Lichtkomponenten unterschiedlicher Wellenlängen aufweist; Empfangsmittel, die Reflexionslicht empfangen, welches erzeugt wurde durch die Reflexion des Bestrahlungslichts an der Oberflächenstruktur; und Ermittlungsmittel, die das Tiefenprofil der Oberflächenstruktur in Abhängigkeit von interferometrischen Effekten des Reflexionslichts ermittelt, welches von den Empfangsmitteln empfangen wurde.
Die Bestrahlungsmittel können zum Beispiel eine Lichtbestrahlungseinheit sein, die Empfangsmittel können zum Beispiel eine Lichtempfangseinheit sein und die Ermittlungsmittel können zum Beispiel eine Ermittlungseinheit sein.
5A zeigt eine Entwicklungskurve 501, die beim Bestrahlen einer Oberflächenstruktur während ihrer Bildung unter Verwendung von Bestrahlungslicht einer festen Wellenlänge erhalten wurde. Im Gegensatz dazu zeigt 5B eine Entwicklungskurve, die beim Bestrahlen derselben Oberflächenstruktur während ihrer Bildung, jedoch unter Verwendung von Bestrahlungslicht unterschiedlicher Wellenlängen, erhalten wurde. Wie aus 5A und 5B abgeleitet werden kann, hat die Entwicklungskurve 501 nur zwei Extremwerte 503₁ und 503₂ , wohingegen die Entwicklungskurve 502, die in 5B gezeigt wird, vier Extremwerte 504₁ , 504₂ , 504₃ und 504₄ hat. Da die Bildung des Tiefenprofils der Oberflächenstruktur besser gesteuert werden kann, falls die Entwicklungskurve mehr Extremwerte aufweist, ermöglicht die Entwicklungskurve 502 eine bessere Steuerung der Bildung des Tiefenprofiles.
Wie aus 5A und 5B abgeleitet werden kann, hat der letzte Extremwert (Maximum) 503₂ der Entwicklungskurve 501, die in 5A gezeigt ist, eine größere Entfernung zum Zielpunkt auf der rechten Seite der Kurve im Vergleich zum letzten Maximum 504₄ der Entwicklungskurve 502, die in 5B gezeigt ist. Die größere Entfernung des letzten Extremwerts (Maximum) 503₂ impliziert eine verringerte Präzision, verglichen mit der kleineren Entfernung des letzten Maximums 504₄ .
In der folgenden Beschreibung werden weitere Aspekte von exemplarischen Ausführungsformen der Erfindung erklärt.
Tiefensteuerung von Löchern oder Gräben ist bei der Herstellung von Bauteilen erforderlich. Die Tiefensteuerung kann unter Verwendung von interferometrischen Effekten ausgeführt werden. Im Allgemeinen entspricht die kleinste Tiefe, die gemessen werden kann, der halben Wellenlänge des verwendeten Bestrahlungslichts. Jedoch ist es wegen technischer Gründe oftmals nicht möglich, solche Wellenlängen zu verwenden.
Ein erstes Beispiel der Verwendung von der auf interferometrischen Effekten basierten Tiefensteuerung ist Geräteüberwachung, die während Tiefgraben-Ätzprozessen angewendet wird. Die Geräteüberwachung wird unter Verwendung eines sogenannten chemisch-mechanischen Schleif "Short-loop"-Wafer-Entwicklungsverfahrens angewendet. Der Tiefgraben-Ätzprozess wird angewendet auf strukturierte Wafer. Die strukturierten Wafer werden dann auf 2 bis 6 Mikrometer herunter geschliffen, um die kritischen Dimensionsparameter der jeweiligen Tiefen an einigen Testpunkten steuern zu können. Ein Kriterium zum Überwachen von CMP(chemical mechanical polishing)-Geräten ist die (Rest-)Tiefenmessung der Löcher unter Verwendung von Fouriertransformation-Infrarot-Spektroskopie (FTIR). Die Messung kann durchgeführt werden bei 6 Mikrometern unter Verwendung einer IR-Wellenlänge von 800 Nanometern, da die Resttiefe möglicherweise kleiner als 500 Nanometer und deswegen nahe der halben Wellenlänge sein kann.
Ein zweites Beispiel der Verwendung von der auf interferometrischen Effekten basierten Tiefensteuerung ist Endpunktsteuerung von flachen Polysilizium-Aussparungsätzungen, welche unter Verwendung von interferometrischer Tiefenüberwachung durchgeführt wird. Die UV-Wellenlänge von 229 Nanometern, die auch verwendet wird, liegt innerhalb des Grenzbereichs der zu ermittelnden Gesamttiefe (um die 190 Nanometer). Die Zuverlässigkeit dieser Tiefenmessung erfüllt nicht die Anforderungen der Prozesssteuerung. Die verwendete Wellenlänge ist die kleinste, für das verwendete System verfügbare Wellenlänge.
Um ein Tiefenprofil zu ermitteln, wird normalerweise eine einzige Wellenlänge verwendet. Danach wird ein aussagekräftiger, reproduzierbarer Punkt innerhalb der Entwicklungskurve der Intensität der Wellenlänge gesucht (d. h. direkt im Interferenzsignal oder in einer seiner Ableitungen), die für die Ermittlung des Tiefenprofils unter Verwendung eines Glättungsprozesses, oder einer oder mehrerer Ableitungen und Korrekturen, verwendet werden kann. Diese charakteristischen Punkte sind Extremwerte, wie Minimalwerte, Maximalwerte oder Wendepunkte. Die diesen Extremwerten entsprechenden Tiefen sind von Anfang an bekannt und können beispielsweise unter Verwendung vergleichbarer Messungen von anderen Messverfahren ermittelt werden. Von dort wird zu unbekannten Tiefen extrapoliert, welche so nah wie möglich an diesem Extremwert liegen sollten. Je mehr Extremwerte bestimmt werden können, desto exakter ist die Messung.
Weiterhin ist die Messung exakter, falls der letzte charakteristische Punkt der Kurve nah an der Zieltiefe liegt. Das Grenz-Zählverfahren, welches als Standardverfahren für Aussparungstiefenermittlung bereitgestellt wird, ist nur möglich für tiefere Aussparungsätzungen. Für flache Aussparungen ist dieses Verfahren nicht exakt genug.
Falls das zu messende Tiefenprofil ein flaches Tiefenprofil ist, kann es möglich sein, kleine Wellenlängen zu verwenden, um ein Interferenzsignal zu erzeugen, welches so viele Extremwerte wie möglich aufweist. Jedoch können beim Versuch dies zu tun technische Probleme für sehr kleine Wellenlängen (tiefes UV (ultraviolett)) auftreten, da Materialien verwendet werden müssen, die diese Wellenlängen nicht absorbieren, jedoch gleichzeitig ätz-resistent sein müssen. Deswegen sind solche Interferenz-Apparate sehr teuer. Zum Beispiel sind UV-Systeme, welche fähig sind zur Endpunktdetektion Wellenlängen kleiner als 200 Nanometer zu verwenden, nicht bekannt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden einige Wellenlängen zur Tiefenprofilerkennung verwendet bei der Verwendung von nur einer Wellenlänge. Die Zeitentwicklungskurven des Interferenzsignals dieser Wellenlängen werden gemessen. Dies ist unter Verwendung bekannter Systeme möglich. Die Interferenzsignale der einzelnen Wellenlängen werden zu einem resultierenden Interferenzsignal unter Verwendung positiver oder negativer Gewichte kombiniert. Die resultierende Entwicklungskurve der kombinierten Interferenzsignale hat weist mehr verwendbare Extremwerte auf als jede der einzelnen Entwicklungskurven.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein passender Gewichtungsvektor (Muster) unter Verwendung einer Hauptkomponentenanalyse ermittelt. Um dies zu tun, werden einige verwendete Datensätze (ein Datensatz besteht aus einer Matrix, welche die zeitabhängigen Intensitäten der entsprechenden Wellenlängen des reflektierten Lichts aufweist) einer Hauptkomponentenanalyse unterzogen, wobei der Gewichtungsvektor von den Ergebnissen der Hauptkomponentenanalyse abgeleitet wird. Das Skalarprodukt aus dem Gewichtungsvektor und dem Interferenzsignal ergibt die resultierende Entwicklungskurve des kombinierten Interferenzsignals. Falls ein passender Vektor verwendet wird, zeigt die resultierende Entwicklungskurve das gewünschte Interferenzsignal.
Ein Effekt dieser Ausführungsform ist, dass übliche Geräte verwendet werden können, um Interferenzsignale zu erzeugen. Würden im Gegensatz dazu nur einzelne Wellenlängen verwendet, wären Hardwarekomponenten-Modifikationen erforderlich, welche in erhöhten Kosten resultieren würden. Im schlimmsten Fall wären solche Hardwarekomponenten nicht verfügbar. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine interferometrische Tiefenprofilermittlung von flachen Tiefen mit einer hohen Präzision und ohne zu hohe resultierende Kosten möglich. Weiterhin ist es gemäß einer Ausführungsform der Erfindung möglich, Rauschkomponenten und Driftkomponenten zu kompensieren, und Interferenzkomponenten unter Verwendung eines geeigneten Superpositionsprozesse zu verstärken. Auf diese Art kann eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Gewichtungsvektor unter Verwendung einer Hauptkomponentenanalyse ermittelt. Es kann ein Interferenzsignal erzeugt werden, das die Bestimmung eines Tiefenprofils mit ausreichender Genauigkeit ermöglicht, indem man ein Skalarprodukt aus dem Spektrum erzeugt, welches sich mit der Zeit und dem Gewichtungsvektor ändert. In anderen Worten wird ein Skalarprodukt aus den Gewichtungsfaktoren und den Zeitentwicklungskurven des Interferenzsignals der entsprechenden Wellenlängen gebildet, so dass ein kombiniertes Interferenzsignal erzeugt wird.
Die Ausführungsformen des Verfahrens gemäß der Erfindung können zum Beispiel in einem Endpunkt-Ermittlungsverfahren während eines Polysilizium-Aussparungs-Ätzschrittes für flache Zieltiefen in der Produktion von DRAM-Speicherbausteinen verwendet werden: Mittels Verdopplung der Extremwerte (entsprechend einer tiefen (deep) UV-Wellenlänge von 170 Nanometern) kann die Entfernung, die „blind" abgedeckt werden muss, auf ein Drittel reduziert werden (von 75 Nanometer auf 25 Nanometer), was in 5A und 5B gezeigt wird. 5A zeigt die Situation ohne Verwendung der Ausführungsform gemäß der Erfindung. In diesem Fall müssen etwa 75 Nanometer „blind" geätzt werden, wobei währenddessen angenommen wird, dass die Umstände, die die Ätzgeschwindigkeit beeinflussen, konstant sind. Die 75 Nanometer entsprechen zu 40% der Gesamttiefe. 5B zeigt den Fall, bei dem die Ausführungsformen gemäß der Erfindung eingesetzt worden sind. Dieselbe Struktur wir in 5A ist geätzt worden. Jedoch mussten nur 25 Nanometer „blind" geätzt werden, d. h. es musste angenommen werden, dass während des Ätzens der 25 Nanometer die Umstände, die die Ätzgeschwindigkeit beeinflussen, konstant sind. Die 25 Nanometer entsprechen in etwa 15% der gesamten Tiefe.
Weitere Anwendungsbeispiele der Ausführungsformen der Erfindungen sind z. B. eine Tiefgrabenüberwachung oder ein Endpunkt-Beendigung für einen L90 Deglaze-Prozess. Des Weiteren können die Ausführungsformen der Erfindung z. B. auf eine Endpunkt-Erkennung eines weich-Landeschritts in einem Gate-Kontakt-Ätzverfahren angewendet werden, der zur Anfertigung von allen Arten von Technologien und Produkten verwendet wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann ein Tiefgraben-Ätzprozess zum Beispiel ein Ätzen von Gräben mit einer Tiefe von etwa 7 Mikrometer in einen Wafer bedeuten. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind flache Polysilizium-Aussparungs-Ätzverfahren zum Beispiel Verfahren, in welchen polykristallines Silizium, das in tiefe Gräben gefüllt wurde, bis auf eine vorbestimmte Tiefe zurückgeätzt wurde. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann „L90" zum Beispiel eine Logik-Technologie in einer 90 Nanometer-Technologie sein. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist unter einem „Deglaze"-Prozess zum Beispiel ein Zurück-Ätzverfahren eines Oxids in einer flachen Grabenisolation (STI – shallow trench isolation) auf eine vorbestimmte Tiefe zu verstehen, um die STI-Stufenhöhe einzustellen.
Obwohl die Erfindung teilweise mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, sollte es von Fachleuten verstanden werden, dass darin verschiedene Veränderungen der Form und im Detail gemacht werden können ohne vom Sinn und Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen, so wie es in den beigefügten Ansprüchen erklärt wird. Der Geltungsbereich der Erfindung ist daher kenntlich gemacht durch die beigefügten Ansprüche und alle Änderungen, die der Bedeutung der Ansprüche entsprechen, sollen mit umfasst werden.

Claims

Verfahren zum Ermitteln des Tiefenprofils einer Oberflächenstruktur, aufweisend: – Bestrahlen der Oberflächenstruktur mit Bestrahlungslicht, das Lichtkomponenten mit unterschiedlichen Wellenlängen aufweist, und – Ermitteln des Tiefenprofils der Oberflächenstruktur in Abhängigkeit von interferometrischen Effekten, die durch die Reflexion des Bestrahlungslichts an der Oberflächenstruktur verursacht werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Oberflächenstruktur während ihrer Entstehung mit Bestrahlungslicht bestrahlt wird, um eine entsprechende Entwicklungskurve zu erzeugen, welche die Änderung des Oberflächenprofils über die/der Zeit darstellt.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Intensitäten der Lichtkomponenten des Reflexionslichts in Abhängigkeit der entsprechenden Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren gewichtet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren mit Hilfe der folgenden Prozesse ermittelt werden: a) Erzeugen einer Hilfsoberflächenstruktur, welche identisch oder ähnlich der zu messenden Oberflächenstruktur ist, b) Bestrahlen der Hilfsoberflächenstruktur mit Licht einer festen Wellenlänge während ihrer Bildung, c) Messen des Lichts, welches von der Hilfsoberflächenstruktur reflektiert wird, d) Erzeugen einer entsprechenden Hilfsentwicklungskurve in Abhängigkeit des gemessenen Reflexionslichts, e) Einige Male Ausführen der Schritte b) bis d), wobei jedes Mal Licht einer anderen festen Wellenlänge verwendet wird, f) Ermitteln der Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren in Abhängigkeit der ermittelten Hilfsentwicklungskurven.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei Schritt e) für alle gewünschten Wellenlängen gleichzeitig durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei die Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren in Abhängigkeit von Daten, die das Tiefenprofil der Oberflächenstruktur betreffen, ermittelt werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Oberflächenstruktur unter Verwendung eines Ätz-Prozesses erzeugt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren unter Verwendung einer Hauptkomponentenanalyse ermittelt werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren so ermittelt werden, dass die Entwicklungskurve so viele Extremwerte wie möglich aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei die Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren so ermittelt werden, dass die Entwicklungskurve ein optimiertes Auftreten von Extremwerten aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 10, wobei die Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren so ermittelt werden, dass die Rauschkomponenten oder Driftkomponenten des reflektierten Bestrahlungslichtes kompensiert oder reduziert werden.
Verfahren zum Ermitteln des Tiefenprofils einer Oberflächenstruktur, aufweisend: – Bilden einer Oberflächenstruktur innerhalb einer Schicht oder einer zusammengesetzten Struktur, die mehrere Schichten aufweist, – Bestrahlen der Oberflächenstruktur während ihres Bildens mit Bestrahlungslicht, welches Lichtkomponenten verschiedener Wellenlängen enthält, so dass eine Entwicklungskurve in Abhängigkeit von interferometrischen Effekten erzeugt wird, welche durch die Reflexion des Bestrahlungslichts an der Oberflächenstruktur verursacht werden, wobei die Entwicklungskurve die Veränderung des Tiefenprofiles über der Zeit wiedergibt.
System zum Ermitteln des Tiefenprofils einer Oberflächenstruktur, aufweisend: – eine Lichtbestrahlungseinheit, die die Oberflächenstruktur mit Bestrahlungslicht, welches Lichtkomponenten unterschiedlicher Wellenlängen aufweist, bestrahlt, – eine Lichtempfangseinheit, die Reflexionslicht empfängt, das durch Reflexion des Bestrahlungslichtes an der Oberflächenstruktur erzeugt wird, – eine Ermittlungseinheit, die das Tiefenprofil der Oberflächenstruktur in Abhängigkeit der interferometrischen Effekte des Reflexionslichts, welches von der Lichtempfangseinheit empfangen wird, ermittelt.
System gemäß Anspruch 13, ferner aufweisend eine Entwicklungskurven-Erzeugungseinheit enthält, welche eine Entwicklungskurve der Oberflächenstruktur erzeugt durch Bestrahlen der Oberflächenstruktur während ihres Bildens mit Bestrahlungslicht und durch Verarbeiten entsprechender interferometrischer Effekte.
System gemäß Anspruch 13, wobei die Ermittlungseinheit so eingerichtet ist, dass sie das Tiefenprofil der Oberflächenstruktur in Abhängigkeit von der detektierten Entwicklungskurve ermittelt.
System gemäß Anspruch 14 oder 15, ferner aufweisend eine Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren-Ermittlungseinheit, welche so eingerichtet ist, dass sie die Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren ermittelt in Abhängigkeit von zusätzlichen Entwicklungskurven, welche die Änderung des Tiefenprofiles über der Zeit wiedergeben, und die erzeugt wurden unter Verwendung von Bestrahlungslicht, welches nur eine feste Wellenlänge aufweist.
System gemäß Anspruch 16, wobei die Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren-Ermittlungseinheit so eingerichtet ist, dass sie die Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren ermittelt, indem die zusätzlichen Entwicklungskurven einer Hauptkomponentenanalyse unterzogen werden.
System gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei die Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren-Ermittlungseinheit so eingerichtet ist, dass sie die Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren so ermittelt, dass die resultierende Entwicklungskurve so viele Extremwerte wie möglich hat.
System gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren-Ermittlungseinheit so eingerichtet ist, dass sie die Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren so ermittelt, dass die resultierende Entwicklungskurve ein optimiertes Auftreten von Extremwerten aufweist.
System gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei die Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren-Ermittlungseinheit so eingerichtet ist, dass sie die Lichtkomponenten-Gewichtsfaktoren so ermittelt, dass die Rauschanteile oder Driftanteile, die die Entwicklungskurve aufweist, kompensiert oder reduziert werden.
System zur Ermittlung des Tiefenprofils einer Oberflächenstruktur, aufweisend: – Bestrahlungsmittel, die die Oberflächenstruktur mit Bestrahlungslicht bestrahlen, welches Lichtkomponenten unterschiedlicher Wellenlängen aufweist, – Empfangsmittel, die Reflexionslicht empfangen, das durch Reflexion des Bestrahlungslichtes an der Oberflächenstruktur erzeugt wird, – Ermittlungsmittel, die das Tiefenprofil der Oberflächenstruktur in Abhängigkeit der interferometrischen Effekte des Reflexionslichts ermitteln, welches von den Empfangsmitteln empfangen wird.