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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zur automatischen Ermittlung optischer Parameter eines Schichtstapels,
wie Schichtdicken, Brechungsindizes oder Absorptionskoeffizienten,
durch Vergleich eines von einem Ort des Schichtstapels aufgenommenen
optischen Meßspektrums
mit einem anhand vorgegebener optischer Parameterwerte berechneten
Analysespektrum und Optimierung des berechneten Analysespektrums auf
das Meßspektrum
hin. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Computerprogramm
(-produkt) zur Durchführung
eines solchen Verfahrens.
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Derartige Verfahren spielen insbesondere
bei der Messung der Schichtdicke von dünnen Schichten und weiterer
optischer Parameter, wie Brechungsindex und Extinktionsfaktor, von
Ein- und Mehrschichtsystemen, wie sie beispielsweise strukturierte
Wafer darstellen, eine wichtige Rolle.
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In vorliegender Beschreibung umfasst
der Begriff "Schichtstapel" sowohl den Schichtstapel
im engeren Sinne (Abfolge einzelner Schichten, wie SiO2, Si3N4,
Resist-Filme, etc. auf einem Substrat, wie Silizium oder Aluminium)
als auch die Kombination aus Schichtstapel (Layer) und Substrat.
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Eine optische Messeinrichtung zur
Messung der genannten Eigenschaften an Ein- und Mehrfachschichtsystemen
in einem Schichtdickenbereich von etwa 1 nm bis zu etwa 50 μm ist aus
der
DE 100 21 379 A1 bekannt.
Vorgesehen ist dort eine Beleuchtungseinrichtung, beispielsweise
eine Halogen- und eine Deuteriumlampe, um einen Messlichtstrahl
eines ausreichend breiten Wellenlängenbereichs, beispielsweise
zwischen 190 nm und 800 nm, zu erzeugen. Mittels eines Strahlteilers
wird der Messlichtstrahl in einen Objektlichtstrahl und einen Referenzlichtstrahl
aufgeteilt. Der Messlichtstrahl wird mittels eines Messobjektivs
in annähernd
senkrechtem Einfall auf den Messort einer Probe gelenkt und der
von der Probe reflektierte Strahl wird zusammen mit dem Referenzlichtstrahl
einer Auswerteeinrichtung zugeführt.
Eine geeignete Auswerteeinrichtung ist hierbei ein Spiegel-Gitter-Spektograph, der
die Wellenlängen
des auftreffenden Lichtes räumlich
getrennt auf einen CCD-Detektor abbildet. Dieser ist im gesamten
Wellenlängenbereich
empfindlich und erlaubt ein schnelles Auslesen der Messspektren.
In der genannten Schrift wird der reflektierte Objektlichtstrahl
sowie der Referenzlichtstrahl über
Lichtleiter der Auswerteeinheit zugeführt. Die beschriebene Messanordnung
kann zusätzliche
eine einkoppelbare Einrichtung zur visuellen Darstellung und Überwachung
enthalten.
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Mit einer Messanordnung gemäß
DE 100 21 379 A1 lassen
sich zur Ermittlung der optischen Schichteigenschaften die aufgrund
Interferenzen entstehenden Intensitätswerte im Spektrum des von
der Probe reflektierten Objektlichtstrahls detektieren und auswerten.
Wegen der Vieldeutigkeit (die Intensitätswerte berechnen sich je nach
Schichtfolge aus mehreren Termen, die eine Funktion zum Sinus der
Phase aus dem Produkt von jeweiliger Schichtdicke und (spektral
abhängigen)
Brechungsindex, sowie den Brechungs- und Absorptionsindizes selbst
sind) können,
von Sonderfällen
abgesehen, aus der Kurvenform die optischen Parameter analytisch
nicht zurückgerechnet
werden. In der Regel müssen
rechenintensive Fitverfahren eingesetzt werden.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene
Verfahren zur Auswertung des Spektrums des reflektierten Objektlichtstrahls
bekannt. Beispielsweise lässt
sich gemäß der europäischen Patentschrift
EP 0 644 399 B1 die
Schichtdicke d einer dünnen
Einfachschicht aus der Anzahl m der Extremwerte (Maxima und Minima)
im Spektrum des reflektierten Objektlichtstrahls im beobachteten
Wellenlängenbereich
von λ1 bis λ2 aus der
bekannten Formel
bestimmen, wobei n1 und
n2 jeweils der Brechungsindex der dünnen Schicht bei der Wellenlänge λ1 bzw. λ2 ist.
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Bei Mehrfachschichtsystemen erhält man jedoch
ein Spektrum, in dem die Interferenzspektren der einzelnen Schichten
sowie der Schichten untereinander überlagert sind, so dass die
Gleichung (1) nicht mehr unmittelbar anwendbar ist. In einem solchen
Fall können
globale und lokale Optimierverfahren eingesetzt werden, die von
theoretischen Modellen mit vorgegebenen Schichtdickenbereichen ausgehen
und diese hinsichtlich des ermittelten Spektrums optimieren. Das
Verfahren gemäß der genannten
Patentschrift geht von einem möglichen
Schichtdickenbereich aus, der von der Gesamtzahl der Extrema, der
Wellenlänge
des untersten und des obersten Extremums sowie einem über den
Wellenlängenbereich
Bemittelten Brechungsindex einer Schicht abhängt. Durch Veränderung
der Schichtdicke im jeweiligen Schichtdickenbereich mit vorbestimmten Schrittweiten
für jede
einzelne Schicht wird die Schichtdickenkombination bestimmt, deren
berechnete spektrale Reflexion die geringste Abweichung zur gemessenen
aufweist.
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Das Verfahren der
EP 0 644 399 B1 stellt kein
allgemeines Verfahren mit Variationsmöglichkeiten von Brechungs-
und Absorptionsindex dar, da diese optischen Eigenschaften einer
jeden Schicht sowie die Anzahl der Schichten bekannt sein müssen. Die
Schichtdickenbereiche besitzen immer 0 als untere Grenze, ausgewertet
werden nur die Extrema-Lagen.
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Die
US-4,984,894 misst
die Dicke der obersten Schicht eines Mehrschichtsystems unter der
Voraussetzung, dass von der darunter liegenden zweiten Schicht kein
Licht reflektiert wird.
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Das genannte Verfahren ist auf die
oberste Schicht einer bestimmten Schichtenfolge sowie auf bestimmte
Schichtenparameter eingeschränkt
und lässt
nur näherungsweise
Ergebnisse zu.
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In der
US-5,440,141 werden
die Schichtdicken eines 3-fach-Schichtsystems bekannter Zusammensetzung
bestimmt, indem für
die oberste Schicht die bereits behandelte Extrema-Methode und für die beiden folgenden
Schichten eine Fouriertransformations-Methode zusammen mit Optimierungsverfahren
für die
erhaltenen Schichtdicken eingesetzt werden. Bei der Fourier-Methode
wird das in Abhängigkeit
der Wellenlänge gemessene
Reflexionsspektrum in ein von der Wellenzahl abhängiges Spektrum konvertiert
und anschließend Fourier-transformiert.
Der Absolutbetrag des Fourier-transformierten Spektrums zeigt im
Falle einer 2-fach-Schicht drei Peaks, einen für jede Schicht und einen Summenpeak.
Diese Peaks genügen
der Summenrelation, so dass unpassende Peaks ausgeschlossen werden
können.
Einem Peak im Fourier-transformierten Spektrum lässt sich ein Wert der optischen
Dicke (nd) zuordnen, wenn die optischen Dicken in Relation zum gemessenen
Spektralbereich genügend
dick (mindestens eine Periode im Spektralbereich) sind.
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Das geschilderte Verfahren der
US-5,440,141 ist auf bestimmte
Schichtenkombinationen bekannter Zusammensetzung eingeschränkt und
lässt sich
nicht für
allgemeine Messungen heranziehen.
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Schließlich ist aus der
US-5,864,633 ein Verfahren zur optischen
Inspektion eines Filmstacks (Dünnschichtstapel)
bekannt, bei dem optische Daten und dazu korrespondierende theoretische
Daten verglichen und die theoretischen Daten mittels genetischer
Algorithmen angepasst werden. Jedes theoretische Modell repräsentiert
hierbei einen sogenannten Genotyp (Satz von Dünnschichtparametern), der eine
geordnete liste von Genen (verschiedene Schichtparameter wie Dicke,
Brechungsindex, Extinktionskoeffizient) darstellt. Ein Genotyp enthält somit
die verschiedenen Schichtparameter sämtlicher Schichten. Zunächst wird
eine Anzahl von Genotypen definiert und für jeden Genotyp ein Fit-Level
bestimmt, der sich aus dem Vergleich der berechneten theoretischen
Daten mit Messdaten der optischen Inspektion ergeben. Je nach Fit-Level
werden die Genotypen einer genetischen Operation (Kopieren, Kreuzung,
Mutation) unterzogen. Aus dem vorhandenen Satz von Genotypen kann
auf diese Weise ein neuer Satz von Genotypen (neue Generation) erzeugt
werden. Verbessert sich der Fit-Level des besten Genotyps über eine
Anzahl von Generationen nicht mehr wesentlich, so wird das Verfahren
abgebrochen.
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Aufgrund der hohen Anzahl von Rechenoperationen
und der daraus resultierenden Rechenzeit ist dieses Verfahren für den industriellen
Einsatz der Überprüfung und
Vermessung von Schichtensystemen nicht geeignet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur automatischen Ermittlung
optischer Materialeigenschaften eines Schichtstapels anzugeben,
das ohne Einschränkungen
hinsichtlich Anzahl, Beschaffenheit oder Dicke der Schichten mit
möglichst
wenig Rechenoperationen und somit in kurzer Zeit Ergebnisse liefert,
die den Einsatz dieses Verfahrens insbesondere in der kontinuierlichen
Produktionslinie, beispielsweise bei der Wafer-Fertigung, erlauben.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren
der eingangs genannten Art gelöst,
bei dem das aufgenommene Meßspektrum
anhand von Kurvenformparametern, die das Meßspektrum charakterisieren
und aus diesem ermittelt werden, klassifiziert wird und diese Kurvenformparameter
mit entsprechenden für
bekannte Schichtstapel berechnete Kurvenformparameter von Spektren
verglichen werden, um Werte oder Wertebereiche für die zu bestimmenden optischen
Parameter zu ermitteln, anhand derer das oder die Analysespektren zum
Vergleich mit dem Meßspektrum
berechnet werden. Aus der Liste der berechneten Kurvenformparameter werden
relevante Werte oder Wertebereiche durch den Vergleich mit den gemessenen
heraus gefiltert.
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Die erfindungsgemäße Klassifizierung des aufgenommen
Meßspektrums
anhand charakteristischer Kurvenformparameter und der anschließende Vergleich
mit entsprechenden für
bekannte Schichtstapel berechneten Kurvenformparametern führt unmittelbar
zu einem ersten Ergebnis für
die zu bestimmenden optischen Parameter. Hieraus wird das Analysespektrum
berechnet und mit dem gemessenen Meßspektrum verglichen. Je nach
Qualität
der Übereinstimmung
schließen
sich hieran weitere Fit-Verfahren, wie weiter unten erläutert wird,
an. Der genannte Vergleich der Kurvenformparameter der klassifizierten
optischen Spektren kann auch Wertebereiche für die zu bestimmenden optischen
Parameter ergeben, die den nachfolgenden Fit-Verfahren zugrunde
gelegt werden.
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Entscheidender Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist die Einschränkung
des möglichen
Wertebereichs für
die zu bestimmenden optischen Parameter eines Schichtstapels mittels
Vergleich von Spektrenparametern (Kurvenformparameter), wobei dieser
Vergleich durch Verwendung von zuvor berechneten und vorsortierten
Tabellen in vergleichsweise kurzer Zeit bewerkstelligt werden kann.
Für nachfolgende
Fit-Verfahren stehen
folglich im Vergleich zu bisherigen Methoden wesentlich reduzierte
Wertebereiche für
die zu bestimmenden optischen Parameter zur Verfügung, so dass diese Fit-Verfahren
in wesentlich kürzerer
Zeit zu bewerkstelligen sind.
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Im folgenden sei die Erfindung einer
herkömmlichen
Näherungsmethode,
wie sie in der bereits erwähnten
EP 0 644 399 B1 behandelt
ist, am Beispiel einer Dreifachschicht gegenübergestellt. Zum Einsatz kommt
die Untersuchung des Reflexionsspektrums im Bereich von 400 bis
800 nm. Die Gesamtdicke sei derart, dass mehrere Extrema entstehen:
- a) Zunächst
werden alle 401 Spektrenkanäle
ausgewertet und die Anzahl der Extrema bestimmt;
- b) Die Schichtdickenabschätzung
gemäß genanntem
Patent ergebe obere Grenzwerte von 700nm, 500nm und 400nm;
- c) Für
den Grob-Fit werde die Schichtdicke im Bereich von Null bis zum
jeweiligen oberen Grenzwert in Schrittweiten von 10nm variiert;
- d) Es ergeben sich 70 × 50 × 40 = 140.000
Stützstellen
für die
Dickenberechnung, das heißt
es müssen 140.000
Spektren berechnet und verglichen werden. Daran anschließend folgt
der sogenannte Fein-Fit, indem in einem weiteren Iterationsverfahren
das lokale Minimum genau bestimmt wird. Auch hierbei wird in jedem
Iterationsschritt ein Theoriespektrum berechnet.
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Beim geschilderten Beispiel sollten
als optische Parameter nur die Schichtdicken bestimmt werden. Weitere
Parameter wie Brechungsindex oder Absorptionskoeffizient gehen beim
Grob- als auch beim Fein-Fit multiplikativ ein, so dass die Anzahl
der Stützstellen
schnell mehrere Millionen betragen kann. Die typischen Auswertezeiten
liegen bei dem genannten Beispiel oberhalb derjenigen, die das Verfahren
für den
kontinuierlichen industriellen Einsatz tauglich machen.
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Die beispielhaft beschriebene Methode
des genannten Patents hat weiterhin den Nachteil, dass als untere
Grenze immer der Wert Null für
die Schichtdicke angenommen werden muss, wenn keine weiteren Beschränkungen
vorgegeben sind. Wird der Parameterraum zu stark eingeschränkt, um
die Analysezeit zu verkürzen,
so kann es zu Fehlauswertungen kommen. Wird der Parameterraum zu
grob nach lokalen Minima abgesucht, besteht ein großes Restrisiko
hinsichtlich der Fehlinterpretation der Daten und einer Auswertung,
die zu einem falschen Ergebnis führt.
Des weiteren kann durch die Interferenzeffekte die Bestimmung der
Anzahl der Extrema falsch sein, ein Fehler, der sich bei der Bestimmung
der oberen Grenzwerte für
die Schichtdicken auswirkt und entsprechend fortpflanzt.
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Eine Einschränkung des Parameterraumes ist
aus Zeitgründen
bei der Auswertung dringend erforderlich, insbesondere wenn die
Anzahl der Schichten ansteigt.
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Gemäß vorliegender Erfindung wird
das aufgenommene Meßspektrum
mittels charakteristischer Kurvenformparameter klassifiziert, wobei
in der Regel in der Größenordnung
5 bis 15 solcher Parameter ausreichend sind. Die Kurvenformparameter
des aufgenommenen Meßspektrums
werden nun mit den tabellierten Kurvenformparametern bekannter Spektren
verglichen, wobei man als Ergebnis für jeden zu bestimmenden optischen
Parameter einzelne Werte oder einen Wertebereich erhält. Folglich
werden bei der Erfindung zunächst
nicht Spektren im Umfang von 400 bis 600 Werten miteinander verglichen,
sondern Tabelleneinträge (von
ca. 10 Werten), womit eine erhebliche Reduktion von Rechenkapazität und -zeit
verbunden ist. Ausschlaggebend bei der Zeitersparnis ist, dass die
Berechnung eines Spektrums über
eine komplexe Formel eine wesentlich grössere Zeit (> Faktor 100000) in
Anspruch nimmt als der Vergleich mit den Tabelleneinträgen.
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Die Klassifizierung des Meßspektrums
erfolgt anhand eines oder mehrerer der folgenden charakteristischen
Kurvenformparameter: das lokale Rauschen des Spektrums, der Mittelwert,
die Standardabweichung des Mittelwerts, die Anzahl und Lage der
Extrema, eine Klassifizierung der Extrema, beispielsweise nach spektraler
Lage, den Intensitätswerten
oder den relativen Abständen
zueinander, Parameter der einhüllenden
Kurven der Minima und Maxima, der Bemittelte Kurvenverlauf, Schwebungen
sowie mögliche
weitere Parameter, wie die Anzahl der Peaks im Fourier-transformierten
Spektrum.
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Eine Einschränkung bzw. Filterung der Wertebereiche
für die
zu bestimmenden optischen Parameter erfolgt vorzugsweise durch Vergleich
der Spektrenparameter mit vorgefertigten Parameterlisten (Tabellen)
und je nach Schichtstapel zusätzlich
noch durch eine Extremamethode und/oder durch eine Fourier-Transformations-Methode.
Beispiele solcher Methoden sind aus dem Stand der Technik – wie eingangs
erwähnt – bekannt.
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Die Ermittlung der optischen Parameter
des untersuchten Schichtstapels kann auf der Grundlage des eingeschränkten Parameterraumes
vorteilhaft anschließend
mit bekannten Grob- und Fein-Fit-Verfahren, beispielsweise mittels
Raster, Intervallmethode- und/oder Powell-Methode, erfolgen. Die Übereinstimmung
von Meß-
und Analysespektrum wird daraufhin bewertet und der "best fit" ausgewählt.
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Sollte die beschriebene Methode nicht
zu plausiblen Ergebnissen führen,
kann gegebenenfalls der eingeschränkte Parameterraum erweitert
und das Verfahren von Neuem durchlaufen werden.
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Häufig
ist der Aufbau des Schichtstapels, das heißt die Abfolge der Zusammensetzung
der einzelnen Schichten bekannt. Andernfalls kann in einer Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
für die
gesondert Schutz beansprucht wird, in einem ersten Schritt eine
automatische Bestimmung der Abfolge der Zusammensetzung des Schichtstapels
erfolgen, indem wiederum ein Meßspektrum
aufgenommen und anhand charakteristischer Kurvenformparameter klassifiziert
wird und durch Vergleich mit entsprechenden Kurvenformparametern
von zu Schichtstapeln bekannter Zusammensetzung gehörenden Spektren
eine oder mehrere mögliche
Abfolgen der Schichtstapelzusammensetzung bestimmt werden.
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Weiterhin kann auch in diesem Fall
anhand der Ergebnisse der Schichtstapelzusammensetzung ein Analysespektrum
berechnet werden, das mittels Fit-Verfahren auf das Meßspektrum
hin optimiert wird. Gleichzeitig können neben einer möglichen
Abfolge der Schichtstapelzusammensetzung auch die Schichtdicken-Bereiche,
Brechungsindex-Bereiche sowie weitere Bereiche für die in Frage kommenden optischen
Parameter bestimmt werden. In diesem Fall muss in einem wesentlich
größeren Parameterraum
gesucht werden, so dass es vorteilhaft ist, diese Vorabbestimmung
der Schichtstapelzusammensetzung und seiner optischen Parameter
im Hintergrund, beispielsweise simultan zum Einlernen der Tischpositionen,
vorzunehmen.
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Häufig
kann der zu durchsuchende Spektrenparameterraum eingeschränkt werden,
indem der Kunde die bei ihm zum Einsatz kommenden möglichen
Layer-Substrat-Kombinationen vorgibt. Aus den vorhandenen Möglichkeiten
sucht das erfindungsgemäße Verfahren
dann vorab die wahrscheinlichsten Kombinationen (sowie die zugehörigen optischen
Parameterbereiche) heraus.
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Es ist vorteilhaft, die in dieser
Vorabbestimmung gefundenen Ergebnisse dem Kunden anzuzeigen und
ihm die Möglichkeit
zu geben, das Ergebnis zu übernehmen
oder zu korrigieren.
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Die erfindungsgemäße Ermittlung optischer Parameter
eines Schichtstapels mit der etwaigen Ermittlung der Abfolge der
chemischen Zusammensetzung des Schichtstapels wird in vorteilhafterweise
mittels eines Computerprogramms durchgeführt, das auf einer geeigneten
Rechnereinheit ausgeführt
wird. Ermittelte Daten (Wertebereiche für die optischen Parameter,
Schichtzusammensetzung) können
in gängiger
Weise auf einem Monitor angezeigt werden. Weiterhin kann die Möglichkeit
einer Beeinflussung der angezeigten Daten dem Kunden eingeräumt werden.
Das Computerprogramm kann auf geeigneten Datenträgern, wie EEPROMs, Flash-Memories,
aber auch CD-ROMs, Disketten oder Festplattenlaufwerken gespeichert
sein. Auch eine Übertragung
des Computerprogramms über
ein Kommunikationsmedium (wie das Internet) zum Kunden (Anwender)
ist möglich.
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Im folgenden soll anhand der beigefügten Figuren
ein Ausführungsbeispiel
die Erfindung und deren Vorteile näher erläutern.
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Es zeigt
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1 Zwei
Meßspektren
einer Zweifachschicht (1a)
und einer Einfachschicht (1b)
auf einem Substrat,
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2 den
Kurvenformparameter der Anzahl der Extrema aufgetragen über die
optische Dicke einer berechneten Parameterliste für die genannte
Zweifach-Schicht,
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3 den
Mittelwert des Spektrums als Kurvenformparameter aufgetragen über die
optische Dicke einer für
die genannte Zweifach-Schicht berechneten Parameterliste,
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4 den
Wellenlängenwert
des Maximums, der dem langwelligen Ende der Meßspekrums am nächsten liegt,
des berechneten Spektrums als Kuvenformparameter aufgetragen über die
optische Dicke der für
die genannte Zweifach-Schicht berechneten Parameterliste,
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5 der
Maximalwert als Kurvenformparameter aufgetragen über die optische Dicke der
für die
genannte Zweifach-Schicht berechneten Parameterliste,
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6 theoretische
Spektren ähnlichen
Aussehens
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Die Erfindung soll im Folgenden anhand
des einfachen Beispiels einer Zweifach-Schicht auf einem Substrat
erläutert
werden, sie ist jedoch keinesfalls auf diesen Spezialfall beschränkt. Das
Beispiel bedient sich einer Si3N4-SiO2-Si-Kombination (Si als Substrat).
Für das
nachfolgend geschilderte erfindungsgemäße Verfahren ist folglich in
diesem Fall die Abfolge der Zusammensetzung des Schichtstapels bekannt.
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Die unten stehende Tabelle stellt
ein Beispiel einer vorgefertigten berechneten Parameterliste für die genannte
Zweifach-Schicht dar, wobei zu vorgegebenen Dickenwerten D1 (Dicke
der Schicht Si3N4) und D2 (Dicke der Schicht SiO2) und der daraus
resultierenden optischen Gesamtdicke die darauffolgenden Kurvenformparameter
aus den zugehörigen
berechneten Analysespektren abgeleitet wurden:
"D1" Vorgegebene Dicke
der ersten Schicht
"D2" Vorgegebene Dicke
der zweiten Schicht
"Opt.Thick." Optische Dicke (Optical
Thickness) berechnet aus der Summe der Produkte von mittlerem Brechungsindex
und Dicke im Wellenlängenbereich
von 200 nm bis 800 nm, also Optische Dicke = <n1(λ)> D1 + <n2(λ)> D2
"NoE" Anzahl der Extrema
(Number of Extrema)
"Mean" Mittelwert des berechneten
Spektrums
"Sigma" Standardabweichung
zum Mittelwert des berechneten Spektrums
"Min" Intensitätswert des
Minimums im Wellenlängenbereich
"Max" Intensitätswert des
Maximums im Wellenlängenbereich
"WL-MaxEx" Wellenlänge, bei
der das letzte Maximum auftritt, beginnend bei der kleinsten Wellenlänge <in nm>
"MDEx" Mittlerer Abstand
der Extrema (= "MeanDistExtrema") bei mehr als einem
Extremum <in nm>
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Weitere sinnvolle Kurvenformparameter
wären,
insbesondere bei dickeren Schichten, die sich aus einer Fast-Fourier-Transformation
ergebenden Werte, wie Lage der Einzelpeaks und des Summenpeaks.
Ebenso suchen könnte
man nach auftretenden Schwebungen oder nach Lage und Intensität der auftretenden
Extrema
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Nachfolgend wiedergegeben ist die
der Auswertesoftware als Look-Up-Tabelle
vorliegende Kurvenformparameterliste.
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Die in
1 dargestellten
Meßspektren
können
beispielsweise mit einer optischen Messeinrichtung aufgenommen werden,
wie sie aus der eingangs behandelten
DE 100 21 379 A1 bekannt ist. Zu Einzelheiten der
Messung wird voll umfänglich
auf diese Schrift verwiesen. Aus dem aufgenommen Meßspektrum
werden erfindungsgemäß die in
diesem Beispiel genannten charakteristischen Kurvenformparameter
abgeleitet und die Ergebnisse mit den Werten der oben stehenden
Tabelle verglichen. Als Ergebnis erhält man nun eine oder mehrere
optische Dicken und somit Schichtdicken-Kombinationen, für die eine besonders gute Übereinstimmung
der aus dem Meßspektrum
abgeleiteten Kurvenformparameter mit den berechneten Parametern
der Liste gegeben ist. Für
diese Dickenkombination werden nun zugehörige Analysespektren berechnet,
die mit einem aufgenommenen, wie in
1a dargestellten,
Meßspektrum
verglichen werden. Da in der Regel nicht davon auszugehen ist, dass
die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
gefundene Dickenkombination bereits der vorhandenen entspricht,
schließen
sich zur Ermittlung der genauen Schichtdicken vorteilhafterweise
bekannte Grob- und Fein-Fit-Verfahren, wie Raster-, Intervall- und
Powell-Methode an. In diesem Fall dient das erfindungsgemäße Verfahren
zur Einschränkung
des Parameterraums, so dass die anschließenden Fit-Verfahren wesentlich
schneller zum Ziel führen.
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Es ist vorteilhaft, neben dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Einschränkung
des Parameterraumes weitere bekannte Methoden hinzuzuziehen, insbesondere
um beispielsweise aufgefundene Schichtdicken-Kombinationen (D1, D2) als unplausibel
auszuschließen.
Hierzu können
insbesondere die bereits erwähnte
Extrema-Methode und die Fourier-Transformations-Methode
verwendet werden.
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Die 2 bis 5 zeigen, wie bestimmten
charakteristischen Kurvenformparametern der aufgenommenen Messkurve
vorgegebene Werte von optischen Parametern (in diesem Fall Schichtdicken-Kombinationen) zugeordnet
werden können.
In 2 ist der Zusammenhang
angenähert
linear, d.h. die Anzahl der Extrema (Number of Extrema) nimmt proportional
zur optischen Dicke (Opt. Thickness) zu. Der Parameter Mittelwert (Mean)
(3) ändert sich in Form einen gedämpften Schwingung
mit der optischen Dicke, wobei die Schwankungsbreite mit zunehmender
optischer Dicke zwar abnimmt, der Mittelwert sich jedoch auch immer
mehr einer Konstanten nähert.
Dies spiegelt natürlich
auch die spektrale Auflösung
der Meßapparatur
und damit das Abtasttheorem wider. Der in 4 über
die optische Dicke aufgetragene Parameter WLMaxEx beschreibt die Lage
des langwelligsten Maximums. Diese Werte sind natürlich auch
durch den Wellenlängenbereich
der Meßapparatur
(hier 200nm und 800nm) begrenzt. Kurven die kein eindeutiges Maximum
zeigen (die Randwellenlängen
werden ausgeschlossen, Extrema müssen
einen vordefinierten Schwellenwert übersteigen), erhalten als Parameterwert
Null zugeordnet. Von der optischen Dicke Null ausgehend wächst dieser
Wert an, bis (sozusagen) das Extremum aus dem Meßbereich herausgewandert ist. 5 zeigt, dass der Parameter
Maximum (Maximum Value)(Intensitätswert)
in dem angezeigten Bereich der optischen Dicke annäherend von
Wert zu Wert oszilliert.
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Insgesamt folgt, dass die Zuordnung
einer optischen Dicke über
einen einzelnen aus der Meßkurve gewonnenen
Wert vieldeutig ist. Daher müssen
mehrere dieser Werte herangezogen werden. Die Schwankungsbreiten
in den einzelnen Kurven zeigen an, wie verschieden stark die Wertebereiche
der Parameter einzuengen sind. Die Möglichkeit der Einengung und
damit der Filterung ist durch die horizontalen Linien in den Figuren
als Beispiel einer mögliche
Auswertevariante verdeutlicht.
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Allgemein gilt: Aus den zugeordneten
Werten lassen sich die wahrscheinlichsten auswählen (auch mit Hilfe weiterer
bekannter Methoden) und zur Berechnung eines Analysespektrums verwenden.
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Vereinfachtes Ausführungsbeispiel
Filter:
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Aus einem Spektrum (175nm Si3N4 auf
190nm SiO2), das nicht dem in 1a dargestellten
entspricht, ergeben sich die in Tabelle 2, Tabellenspalte 1 „Gesuchter
Wert" stehenden
Such-Werte.
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Selektiert man aus den ursprünglich in
Tabelle 1 angegebenen 256 Listeneinträge nacheinander die in der
Tabelle 2 angegebenen Filterbereiche (dies entspricht den horizontalen
Linien in den 2-5), so reduziert sich sukzessive
die Anzahl der Listeneinträge
von zunächst
63 auf 4.
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Die diesen Listeneinträgen zugeordneten
Spektren sind in 6 zusammen
mit dem gesuchten Spektrum (175–190)
dargestellt.
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Die beste Übereinstimmung ergibt sich
für die
benachbarten Kurven mit den Schichtdicken (180–180) und (160–200).
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Tabelle
2: Reduktion durch Filtern. Ausgangswert 256 Listeneinträge
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Ein Grobfit in den angegebenen Dickenbereichen
(z. B. Schrittweite jeweils ±20nm)
wird zu einem Ergebnis mit guter Übereinstimmung der Kurvenform
für den
Tabelleneintrag mit den Dicken D1 = D2 = 180nm führen. Ein anschliessender Feinfit
mittes Raster-, Intervall- oder Powell-Methode führt zu einem Ergebnis der gewünschten
Genauigkeit (z.B. 0.1 nm).
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Aus Gründen der Einfachheit beschränkt sich
das genannte Beispiel auf die Bestimmung lediglich der Schichtdicken
einer Zweifach-Schicht. Dem Fachmann ist verständlich, wie das Beispiel auf
die Bestimmung weiterer optischer Parameter, wie Brechungsindex
n oder Extinktionskoeffizient k, ausgedehnt werden kann.
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Insbesondere ist mit dem genannten
erfindungsgemäßen Verfahren
auch eine Vorauswahl der in Frage kommenden Schichtarten (chemische
Zusammensetzung) möglich,
wobei hier aus einem entsprechend größeren Parameterraum (Parameterlisten
für verschiedene
Zusammensetzungen von Ein- oder Mehrfach-Schichten) gewählt werden
muss. Eine Vorab-Beschränkung ist
jedoch meist möglich,
da dem Kunden (Anwender) meist bekannt ist, um welche möglichen
Kombinationen es sich handeln kann. Beispielsweise kann die Bestimmung
der vorhandenen Kombination (also der Abfolge der Schichtzusammensetzungen)
während
des Einlernens der Tischpositionen zur nachfolgenden Messung im
Hintergrund erfolgen. Vor dem Beginn der eigentlichen Messung der
optischen Parameter wird dann dem Kunden (Anwender) die gefundene
Kombination angeboten, die er übernehmen
oder korrigieren kann.