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Dokumentenidentifikation DE69314795T2 19.02.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0647310
Titel VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR INTERFEROMETRISCHEN INSPEKTION EINER OBERFLÄCHE EINES OBJEKTES
Anmelder British Technology Group Ltd., London, GB
Erfinder MONTGOMERY, Paul, Christopher, F-34090 Montpellier, FR;
FILLARD, Jean-Pierre, F-34980 S.-Gely-du-Fesc, FR
Vertreter Patent- und Rechtsanwälte Wuesthoff & Wuesthoff, 81541 München
DE-Aktenzeichen 69314795
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 18.06.1993
EP-Aktenzeichen 939134003
WO-Anmeldetag 18.06.1993
PCT-Aktenzeichen GB9301299
WO-Veröffentlichungsnummer 9400733
WO-Veröffentlichungsdatum 06.01.1994
EP-Offenlegungsdatum 12.04.1995
EP date of grant 22.10.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.02.1998
IPC-Hauptklasse G01B 11/30
IPC-Nebenklasse G01N 21/45   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Gerät zum interferometrischen Inspizieren einer Oberfläche eines Objekts. Sie bezieht sich insbesondere auf die Submikrometer-Meßtechnik von Halbleiteroberflächen und -vorrichtungen, die Stufenmerkmale von mehreren Mikrometer aufweisen.

Die Größe der kleinsten Strukturen in Halbleiterkomponenten nimmt alle vier Jahre um etwa einen Faktor 2 ab. Während der 90er Jahre erwartet man, daß in der Mikroelektronikherstellung die Arbeitsgrenze weit unter einem Mikrometer liegen wird. In Schaltungen mit hoher Dichte, wie z.B. 4 MB SRAMs und 16 MB DRAMs betragen beispielsweise die Konstruktionsmaße schon 0,5 µm. Man strebt nach Einrichtungen, um Gate-Längen von 0,1 µm für Silizium-MOSFETs (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) herzustellen, um die Arbeitsgeschwindigkeit des Transistors zu erhöhen.

Die Fähigkeit, Messungen und Ausrichtungen bzw. Justierungen bis zu einigen 10 Nanometer vorzunehmen, wird daher zunehmend wichtig. Fortgeschrittene Meßtechnikverfahren sind erforderlich, die nahe der Nanometerskala messen können, nicht nur für die Forschung im Labor, sondern auch zur Routineanalyse an der Fertigungs straße.

Wegen der Einfachheit ihrer Verwendung, der sehr großen Kapazität zur Auswertung von Daten und der Möglichkeit zur Nutzung an der Fertigungsstraße besteht nun ein erneutes Interesse an optischen Verfahren zum Ausführen einer Submikrometermessung. Obwohl die Auflösung optischer Mikroskope im sichtbaren Licht auf etwa 0,5 µm begrenzt ist, ist es nun mit dem Zusatz einer digitalen Bildverarbeitung und der geschickten Verwendung verschiedener zusätzlicher Verfahren möglich, eine Nanometererfassung und -messung vorzunehmen. Zum Beispiel sind nun inkohärente Breitbandbeleuchtungsverfahren, die mit einer Bildverarbeitung kombiniert werden, um die optischen Effekte von Linienstrukturen zu analysieren, in der Lage, eine Linienbreitenmessung bis zu einer Genauigkeit von 10 nm zu liefern. Als ein Beispiel ist die Phasenverschiebungsmikroskopie (PSM) (engl. Phase Shifting Microscopy) ein ausgereiftes Verfahren, das imstande ist, in der vertikalen Richtung eine Analyse der Oberflächenform im Bereich von Nanometer und sogar Angström zu liefern, die besonders bei einer Analyse der Rauheit und der Konturbestimmung optischer Komponenten mit sanften Oberflächensteigungen nützlich ist (siehe K. Creath, "phase measurement interferometry techniques", Progress in Optics, Ed. E. Wolf, Ch.V. 351 - 393, Elsevier Science Publishers, 1988). Man hat jedoch festgestellt, daß PSM bestimmte Beschränkungen in der Arbeit mit Halbleitern aufweist, wo Stufenhöhen normalerweise mehrere Mikrometer betragen und weit größer als der Abstand der Interferenzstreifen sind. Wegen der Periodizität der Interferenzstreifen führt eine Bestimmung solcher Stufenhöhen Probleme bei der Phasenrestaurierung ein. Eine zweckmäßige Lösung für diese Probleme ist anscheinend noch nicht gefunden worden. Arbeitet man mit Objektiven mit hoher numerischer Apertur und Stufenmerkmalen von mehreren Mikrometer, besteht ferner auch das Problem durch Unschärfe eingeführter Fehler, weil die Abbildungstiefe kleiner als das gerade gemessene Objekt ist.

Die europäische Patentschrift EP-A-0 244 781 (KLA, Davidson et al., 1987) beschreibt ein Verfahren, das auf der Weißlichtinterferometrie basiert. Kipp-Interferenzstreifen werden genutzt, um das Maximum der Interferenzstreifeneinhüllenden mit einer Messung der Standardabweichung eines 32 Pixel langen Spalten"fensters" zu bestimmen. Notwendig ist eine ausgeklügelte Datenverarbeitung.

Die Einführung der (in der europäischen Patentanmeldung Nr. EP-A-0 244 781 offenbarten) kohärenten Meßfühlermikroskopie oder CPM (engl. Coherent Probe Microscopy) hat einige besonders interessante Lösungen zur Submikrometerprofilierung in Halbleitern mit Stufenhöhen von mehreren Mikrometer geliefert. CPM erzeugt unter Verwendung einer inkohärenten Breitbandbeleuchtung für eine bestimmte Stelle auf der Oberfläche eines Probenobjekts ein Interferenzstreifenmuster durch schrittweise Verschiebung des Objekts als Ganzes (und daher der bestimmten Stelle) entlang der optischen Achse eines Interferometers. Bei jeder schrittweisen Verschiebung wird für jede Stelle ein Wert der Kohärenzfunktion aus der Varianz der Interferenzstreifen bestimmt. Die relativen Höhen mehrerer Oberflächenstellen werden dann aus den relativen Verschiebungen der Spitzenwerte der Kohärenzfunktion für die jeweiligen Stellen bestimmt. Folglich wird der Spitzenwert der Kohärenzfunktion als Meßfühler verwendet, den man über das Objekt streichen läßt, um Höhenkonturen aufzudecken. Die Verwendung der inkohärenten Breitbandbeleuchtung beseitigt das der Phasenverschiebungsmikroskopie eigene Problem der Periodizität von Interferenzstreifen.

CPM leidet jedoch an mehreren Nachteilen. Erstens ist sie rechenzeitintensiv, weil ein Wert der Kohärenzfunktion (die eine kompliziert auszuwertende Funktion ist) für jedes einzelne Pixel für jede einzelne schrittweise Verschiebung des Objekts bestimmt werden muß. Für eine Fläche mit 128×128 Pixel und 200 Schritten würde das über 3 Millionen Berechnungen der Kohärenzfunktion erfordern. Für jede solche Berechnung sind bei dem vorgeschlagenen Verfahren nahezu 100 Berechnungsschritte erforderlich. Es ist daher nicht überraschend, daß CPM nach praktischen Erwägungen augenscheinlich darauf beschränkt ist, eher zweidimensionale Bilder (d.h. Querschnittsbilder) als voll dreidimensionale Bilder eines Objekts zu erzeugen, was zweifellos vorzuziehen wäre.

Weil die Kohärenzfunktion nur langsam mit der Verschiebung nahe ihres Spitzenwertes variiert, ist zweitens die unter Verwendung des Basis-CPM-Verfahrens erhältliche Auflösung relativ bescheiden (im Bereich von etwa 70 nm).

Schließlich hat CPM einen großen Speicherbedarf. Das Verfahren beinhaltet die Speicherung von Daten, die bei der Bestimmung der Kohärenzfunktion verwendet werden, bei jedem einzelnen Pixel und jeder schrittweisen Verschiebung dieses Pixels.

Die japanische Patentanmeldung Nr. 3238309 (SATOSHI, 1991) beschreibt ein Laserinterferometer-Meßsystem, das augenscheinlich auf einem parallelen kohärenten Laserbeleuchtungsverfahren basiert, das Änderungen in der Oberfläche mißt.

Das US-Patent 4791584 (GREIVENKAMP, 1988) bezieht sich auf eine Verbesserung bei dem Algorithmus zur Phasenrestaurierung für ein Phasenverschiebung-Interferometrieverfahren. Dieses Verfahren erweitert den vertikalen Bereich. Es schließt auch eine Methode zum Abtasten einer Wellenfront unter Verwendung eines Detektors mit schwach besetztem Array (engl. sparse array detector) ein. Dieses Verfahren basiert auf einem Apriori- Wissen, daß die Oberflächenkrümmung stetig ist und daß die Phase daher eine Funktion mit stetigen Ableitungen ist. Die in Phasenabbildungen vorhandenen 2π-Unstetigkeiten können für steilere Steigungen beseitigt werden, als früher für bestimmte Oberflächentypen möglich war. Es kann nicht für Profile mit hohen Stufen, wie z.B. diejenigen, die man in Halbleiterkomponenten findet, ohne Apriori-Information bezüglich der genäherten Stufenhöhe verwendet werden, wie von J.E. Greivenkamp, K.G. Sullivan und R.J. Pallum, "Resolving Interferometric Step- Height Measurement Ambiguities Using A Priori Information", Optical Engineering, Bd. 30, Nr. 11, S. 1821-1824, 1991, diskutiert wurde.

Das US-Patent 4387994 (BALASUBRAMANIAN, 1983) beschreibt ein System, das ein Weißlichtinterferometer verwendet. Der Maximalwert einer Interferenzstreifeneinhüllenden wird mit einer Schwerpunktberechnung bestimmt. Ein Verfahren zum Auswerten der Daten ist derart beschrieben, daß für ein gegebenes Pixel, statt alle Datenpunkte (z.B. für 500 Schritte) speichern zu müssen, nur 5 Speicher verwendet werden, um die Summierung mit einer Rechensteuerung jedes dieser Speicher durchzuführen. Die Hauptanwendung ist die Messung asphärischer Oberflächen. Das Instrument weist einen vertikalen Bereich von 100 mm und eine Auflösung von 0,025 mm auf.

Der in SPIE Proceedings Bd. 1775, 1992, von ITOH, TIAN, YA- TAGIA veröffentlichte Artikel beschreibt ein "White light interferometer for shape measurement with maximum fringe envelope determined by polynomial fit offringe peaks". Das System und einige frühe Ergebnisse sind in dem Artikel kurz beschrieben. Das beschriebene Instrument ist dazu bestimmt, die Tiefe von Defekten in Halbleitermaterialien zu messen.

GB-A-2191855 offenbart ein Verfahren und Gerät zum Erfassen von Reflexionsorten, wobei man einen Träger für die reflektierende Oberfläche zittern läßt.

Keines der oben erwähnten Dokumente offenbart die Anordnung und Erfindung, wie sie unten beschrieben ist.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Spitzenintensität des Interferenzstreifens nullter Ordnung, wobei die damit verbundene Verarbeitung viel einfacher als alle anderen Weißlichtinterferometerverfahren ist, die die Interferenzstreifeneinhüllende bestimmen. Die mathematische Berechnung wird auf einem Minimum gehalten, weil die Spitze durch einen logischen Vergleich von Intensitäten bestimmt wird. Die anderen Verfahren beinhalten eine Berechnung der Schwerpunktberechnung, eine Messung der Standardabweichung und eine Polynomkurvenanpassung. Verwendet man die vorliegende Erfindung, ist keine Apriori- Kenntnis der Oberflächenform erforderlich.

Außerdem wird eine große Tiefenschärfe erhalten. Weil die Probe schrittweise durch die Ebene "im Brennpunkt" bewegt wird, sind alle Einzelheiten fur ein Oberflächenrelief scharf, das tiefer als die Tiefenschärfe des Objektivs ist (z.B. 0,3 µm für ein ×100-Objektiv).

Es ist ein kleinerer Umfang einer Datenspeicherung erforderlich. Wenn man die vorliegende Erfindung verwendet, sind die Anforderungen an die Datenverarbeitung außerordentlich reduziert; wobei nur drei Bildspeicher (engl. frame memories) und ein gesteuerter Datenaustausch zwischen den Speichern erforderlich sind, um das Bild aufzubauen.

Die vorliegende Erfindung soll die oben erwähnten Probleme überwinden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum interferometrischen Inspizieren einer Oberfläche eines Objekts geschaffen, das ein Verfahren zum interferometrischen Inspizieren einer Oberfläche Z(x, y) eines Objekts beinhaltet, umfassend: Erzeugen, fur eine bestimmte Stelle x, y auf der Oberfläche Z(x, y), eines Interferenzmusters, bei dem eine Interferenzstreifenintensität eine Funktion einer Verschiebung dH der Stelle ist, Bestimmen eines Wertes einer Eigenschaftscharakteristik des Interferenzstreifenmusters an verschiedenen Stellen auf dem Interferenzstreifenmuster entsprechend verschiedenen Werten der Verschiebung, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Messungen vorgenommen werden, die die Schritte umfassen: (a) Erhalten eines Anfangsbildes Zn(x, y) von Pixeln entsprechend einer Anfangsstelle Hn; (b) Verschieben der Stelle zu einer neuen Stelle Hn + dH, wo ein folgendes Bild n+1(x, y) erhalten wird; (c) Vergleichen jeweiliger Werte von Pixeln von Bildern Zn(x,y) und Zn+1(x, y), um so einen Extremwert der Eigenschaft zu bestimmen; und Speichern des bestimmten Extremwertes der Eigenschaft, zusammen mit dem entsprechenden Verschiebungswert dH; und (d) Wiederholen der Schritte (a), (b) und (c), bis genügend Daten erhalten sind, um ein Bild der Oberfläche Z(x, y) zu liefern.

Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Gerät zum interferometrischen Inspizieren einer Oberfläche eines Objekts geschaffen mit einer Einrichtung zum Erzeugen, für eine bestimmte Stelle auf der Oberfläche, eines Interferenzstreifenmusters, bei dem eine Interferenzstreifenintensität eine Funktion einer Verschiebung dH der Stelle ist, und einer Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen, aus dem Interferenzstreifenmuster, der Verschiebung dH der bestimmten Stelle, die einem ausgewählten Interferenzstreifen entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungseinrichtung angeordnet ist, um periodisch Bilder von Pixeln entsprechend verschiedenen Höhenwerten Hn, Hn +dH zu erhalten, bei dem die Bestimmungseinrichtung ferner angeordnet ist, um jeweilige Werte aufeinanderfolgender Bilder Zn(x, y), Zn+1(x, y) zu vergleichen, um so einen Extremwert der Eigenschaft zu bestimmen, und einer Einrichtung, um den Extremwert zusammen mit dem entsprechenden Höhenwert zu speichern, um so am Ende der periodischen Bestimmung ein Bild der Oberfläche zu liefern.

Die vorliegende Erfindung verwendet somit als "Meßfühler", um das Objekt zu überstreichen, eher einen ausgewählten Interferenzstreifen als den Spitzenwert der Kohärenzfunktion. Dies kann mehrere Vorteile bieten Erstens ist ein Interferenzstreifen erheblich schmäler als die Spitze der Kohärenzfunktion, so daß die vorliegende Erfindung eine größere Auflösung (z.B. 10 nm) erreichen kann, als man unter Verwendung von CPM (z.B. 70 nm) erhalten kann. Weil die Lage eines Interferenzstreifens durch Vergleich mit dem Spitzenwert der Kohärenzfunktion trivial auszuwerten ist, kann zweitens die vorliegende Erfindung eine erheblich geringere Verarbeitungszeit erfordern, als von der CPM gefordert wird. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung vielleicht nur einen Berechnungsschritt für je 100 durch CPM benötigte erfordern.

Die vorliegende Erfindung kann auch andere Vorteile gegenüber herkömmlichen Inspektionsverfahren bieten. Zum Beispiel glaubt man, daß die horizontale Auflösung, die durch die vorliegende Erfindung erzielt werden kann, etwas besser als die mit einer gewöhnlichen Reflexionsbilderzeugung erreichbare sein könnte. Als weiteres Beispiel kann ein durch die vorliegende Erfindung erzeugtes Bild ohne Rücksicht auf die Gesamttiefe der Oberflächenmerkmale (z.B. 0 bis 15 µm) und sogar, wenn man Objektive mit großer Vergrößerung verwendet, die eine sehr geringe Tiefenschärfe (z.B. 0,3 µm für ×100) aufweisen können, immer im Brennpunkt gehalten werden. Deshalb kann das Objekt sukzessiv durch den ausgewählten Interferenzstreifen schrittweise bewegt werden, den man immer mit der Tiefenschärfe übereinstimmen lassen kann.

Eine extreme Intensität (Maximum oder Minimum) des ausgewählten Interferenzstreifens wird vorzugsweise als Meßfühler verwendet, weil dies eine besonders einfach zu bestimmende Stelle auf dem Interferenzstreifenmuster ist.

Der ausgewählte Interferenzstreifen ist vorzugsweise ein Interferenzstreifen mit Spitzenkontrast. Der Interferenzstreifen mit Spitzenkontrast kann einen eindeutigen oder nahezu eindeutigen Meßfühler zur Verfügung stellen, um das Objekt zu überstreichen. Dieser Interferenzstreifen ist auch leicht identifizierbar. Die Verwendung dieses Interferenzstreifens kann ferner Einsparungen bei den Anforderungen an den Computerspeicher bieten, wie später erläutert wird.

Man erkennt, daß der Interferenzstreifen mit Spitzenkontrast aus sowohl einem hellen als auch einem dunklen Abschnitt besteht. Jeder Abschnitt irgendeines dieser Abschnitte kann als der Meßfühler verwendet werden, obwohl es der Einfachheit halber vorzuziehen ist, einen Punkt mit extremer Intensität zu verwenden. Es kann vorzuziehen sein, vorher auszuwählen, ob das Maximum des hellen Abschnitts oder das Minimum des dunklen Abschnitts als Meßfühler verwendet werden soll, um ein Durcheinander zwischen diesen Abschnitten zu vermeiden.

Man erkennt auch, daß eine größere Genauigkeit und ein größeres Signal/Rauschverhältnis durch Auswählen mehrerer Interferenzstreifen als Meßfühler erzielt werden könnte. Die Tatsache, daß die Interferenzstreifen durch einen festen bekannten Betrag (abhängig z.B. vom Spektrum der im Interferometer verwendeten Quelle) getrennt sind, kann noch mehr Verschiebungsinformation liefern.

Gemäß einem eng verwandten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum interferometrischen Inspizieren einer Oberfläche eines Objekts geschaffen, umfassend ein Erzeugen, für eine bestimmte Stelle auf der Oberfläche, eines Interferenzmusters, bei dem eine Interferenzstreifenintensität eine Funktion der Verschiebung der Stelle ist, und wiederholtes Bestimmen des Wertes einer Eigenschaftscharakteristik des Interferenzstreifenmusters an verschiedenen Stellen auf dem Interferenzstreifenmuster, entsprechend verschiedenen Werten der Verschiebung, und Speichern des aktuellen Extremwertes (Maximum oder Minimum) der Eigenschaft zusammen mit dem entsprechenden Verschiebungswert, wodurch am Ende des Bestimmungsschritts der dem Extremwert der Eigenschaft entsprechende Verschiebungswert gespeichert wird.

Gemäß einem weiteren eng verwandten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Gerät zum interferometrischen Inspizieren einer Oberfläche eines Objekts geschaffen, mit einer Einrichtung zum Erzeugen, für eine bestimmte Stelle auf der Oberfläche, eines Interferenzmusters, bei dem die Interferenzstreifenintensität eine Funktion der Verschiebung der Stelle ist, und einer Einrichtung zum wiederholten Bestimmen des Wertes einer Eigenschaftscharakteristik des Interferenzstreifenmusters an verschiedenen Stellen auf dem Interferenzstreifenmuster, entsprechend verschiedenen Werten der Verschiebung; und einer Einrichtung zum Speichern des aktuellen Extremwertes (Maximum oder Minimum) der Eigenschaft, zusammen mit dem entsprechenden Verschiebungswert, wodurch am Ende des Bestimmungsschritts der dem Extremwert der Eigenschaft entsprechende Verschiebungswert gespeichert wird.

Indem man eher den aktuellen Extremwert (zweckdienlicherweise nur den aktuellen Extremwert) der Eigenschaft zusammen mit dem entsprechenden Verschiebungswert als Werte der Eigenschaft an allen verschiedenen Stellen auf dem Interferenzstreifenmuster entsprechend den verschiedenen Werten einer Verschiebung (wie es bei CPM der Fall ist) speichert, können Speicheranforderungen für die vorliegende Erfindung bis zu dem Punkt sehr stark reduziert werden, an dem eine dreidimensionale Bilderzeugung praktikabel wird.

Falls, wie vorzuziehen ist, gewünscht wird, die Verschiebung entsprechend dem Interferenzstreifen mit Spitzenkontrast auszuwerten, wird die relevante Eigenschaft eine sein, die von der lokalen Intensität des Interferenzstreifenmusters abhängig ist.

Jeweilige Interferenzmuster werden vorzugsweise für mehrere, über einen Bereich der Oberfläche verteilte Stellen erzeugt, und die Verschiebungen der jeweiligen Stellen werden bestimmt. Das heißt, das Verfahren leitet vorzugsweise eine volle dreidimensionale Information über das Objekt ab, obwohl es natürlich verwendet werden könnte, um nur zweidimensionale Informationen (z.B. "Querschnittsinformationen") abzuleiten. Dies kann die erhöhte Geschwindigkeit und reduzierte Speicherkapazität ausnutzen, die mit einem oder beiden Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung möglich sind.

Das Interferenzstreifenmuster wird vorzugsweise unter Verwendung einer inkohärenten Breitbandquelle erzeugt. Dies kann mehrere Vorteile bieten. Erstens kann die Genauigkeit verbessert werden, weil der Interferenzstreifen mit Spitzenkontrast viel einfacher von den anderen Interferenzstreifen unterscheidbar ist, falls eine Breitbandquelle verwendet wird. Bei einer Breitbandquelle sind die anderen Interferenzstreifen Interferenzstreifen höherer Ordnung, die einen geringeren Kontrast aufweisen.

Weil eine inkohärente Quelle verwendet wird, sind zweitens die mit Speckle- oder Fleckenrauschen und unechten Interferenzstreifen verbundenen Probleme im Vergleich zu denjenigen verringert, die sich aus der Verwendung einer kohärenten Quelle ergeben, z.B. wenn man transparente Filme inspiziert (wie z.B. Siliziumoxid oder Harzfilme, die gewöhnlich auf Halbleiteroberflächen vorhanden sind).

Drittens kann die Bildschärfe durch Verwenden einer inkohärenten Breitbandquelle wegen der entsprechenden Reduzierung in den Beugungseffekten an Oberflächenkanten verbessert werden. Die inkohärente Quelle kann geeigneterweise eine Weißlichtquelle sein. Man sollte jedoch eine Verbesserung in der horizontalen Auflösung erhalten können, falls man eine dem ultravioletten Ende des Spektrums nähere Lichtquelle zusammen mit einer für diese Wellenlängen empfindlichen Kamera verwenden würde. Es ist besonders zu erwähnen, daß eine Verbesserung in der horizontalen Auflösung auch durch Verwenden eines Objektivs mit einer höheren numerischen Apertur im Interf erometer erhalten werden könnte.

Die Erfindung liefert auch ein Gerät zum interferometrischen Inspizieren der Oberfläche eines Objekts analog zu den bevorzugten Merkmalen des oben beschriebenen Verfahrens.

Gemäß einem anderen eng verwandten Gesichtspunkt schafft die Erfindung ein Verfahren und Gerät zum interferometrischen Identifizieren eines bestimmten Materials, bei dem die Identität des Materials aus zumindest einer Charakteristik des Interferenzstreifenmusters bestimmt wird. Dies ergibt sich aus einer Entdeckung gemäß der vorliegenden Erfindung, die später ausführlicher beschrieben wird, daß verschiedene Charakteristiken des Interferenzstreifenmusters verwendet werden können, um bestimmte Materialien zu identifizieren oder "deren Fingerabdruck zu gewinnen".

Ein Verfahren zum Identifizieren eines Materials umfaßt die Schritte Einrichten eines Interferenzmusters unter Verwendung eines ersten und eines zweiten Lichtstrahls, indem der erste Lichtstrahl von einer Oberfläche des Materials reflektiert wird; Beobachten zumindest einer Charakteristik des Interferenzmusters; und Vergleichen einer aus der beobachteten Charakteristik abgeleiteten Information mit einer gespeicherten Information über die gleiche Charakteristik bekannter Materialien, so daß das Material durch Abgleichen der beobachteten Charakteristik mit der gespeicherten Charakteristik identifiziert werden kann.

Das Verfahren beinhaltet vorzugsweise ein Beobachten einer Variation im Spektrum des reflektierten Strahls.

Alternativ dazu ist die Charakteristik eine Phasenverschiebung im reflektierten Strahl.

Eine Fourier-Transformation kann an einem Interferenzstreifenmuster durchgeführt werden, und eine die Fourier-Transformierte betreffende Information wird verwendet, um das Material zu identifizieren.

Man erkennt, daß das Gerät entsprechend dem oben erwähnten Verfahren auch innerhalb des Umfangs dieses Gesichtspunkts der Erfindung vorgesehen ist.

Dieser Gesichtspunkt kann mit den anderen Gesichtspunkten aufgenommen werden, um ein Meßgerät zu schaffen, das gleichzeitig bestimmen kann, welches Material das gerade gemessene ist.

Bevorzugte Merkmale der Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:

Figur 1 ein Blockdiagramm eines Inspektionsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung ist;

Figur 2 eine schematische Darstellung eines in dem Inspektionsgerät verwendeten Interferenzmikroskops ist;

Figur 3 ein Diagramm der Interferenzstreifenintensität gegen die Verschiebung ist, das das Arbeitsprinzip der Erfindung demonstriert;

die Figuren 4, 4a und 5 Skizzen sind, die das Arbeitsprinzip der Erfindung demonstrieren;

Figur 6 ein Flußdiagramm der Bildverarbeitung ist, die durch die vorliegende Erfindung ausgeführt wird;

Figur 7 eine die Operation der Bildverarbeitung demonstrierende Skizze ist;

die Figuren 8a bis 8e Ergebnisse zeigen, die unter Verwendung der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, um eine Rille abzubilden;

die Figuren 9a bis 9d Ergebnisse zeigen, die unter Verwendung der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, um eine MESFET-Vorrichtung abzubilden; und

die Figuren 10a und 10b detailliertere Bilder der MESFET- Vorrichtung zeigen.

Gemäß Figur 1 umfaßt ein Gerät zum Inspizieren einer Oberfläche eines Objekts 100 allgemein ausgedrückt ein Zweistrahl Interferenzmikroskop 102, einen piezogesteuerten Probentisch 104 zum Verschieben des Objekts relativ zum Mikroskop, einen Pufferverstärker 106 zum Steuern der Verschiebung des Probentisches als Antwort auf Befehle von einen PC 386 Personalcomputer 108, eine ladungsgekoppelte (CCD) -Videokamera 110 zum Empfangen von Bildern vom Mikroskop 102, einen Bildabtaster 112 (engl. frame grabber), der durch den Computer 108 gesteuert wird, einen ersten Videomonitor 114 zum Betrachten der Ausgabe der Kamera, einen zweiten Videomonitor 116 zum Betrachten der verarbeiteten Bilder und einen Bild- bzw. Videodrucker 118 zum Herstellen einer Hardcopy der verarbeiteten Bilder.

Ausführlicher ist nach Figur 2 das Zweistrahl-Interferenzmikroskop 102 vom Reflexionstyp. Eine Halogen-Glühlampe 200 ist gekoppelt, um Weißlicht über einen Kondensor 202 und ein optisches Faserbündel 204 zu einem Interferenzobjektiv 206 zu übertragen. Das Interferenzobjektiv 206 umfaßt einen 50/50-Strahlteilerwürfel 208 zum Teilen des Lichts in zwei gleiche Wellenformen, die einen Referenzspiegel 210 und die Oberfläche des Objekts 100 beleuchten. Das Interferenzobjektiv ist somit wie ein Michelson-Interferometer aufgebaut. Ein Objektiv 212 bildet ein Bild des Spiegels 210 und des Objekts 100 auf der Zielkamera 110. Die Weglänge des Lichts vom Teilerwürfel 208 zu einer bestimmten Stelle auf der Oberfläche des Objekts 100 ist als d1 definiert, während die Weglänge des Lichts vom Würfel zum Spiegel 210 als d2 definiert ist. Der Probentisch 104 verschiebt das Objekt in Höhenschritten entlang der optischen Achse 214 des Interferometers.

Man erkennt, daß es beim Verwenden dieses Interferenzmikroskoptyps notwendig ist, eine Stabilität der Umweltbedingungen sicherzustellen. So müssen Temperatureffekte, Luftströme und mechanische Vibrationen alle sorgfältig gesteuert oder kontrolliert werden.

Anstelle des Michelson-Interferometers könnten alternativ dazu Interferometer vom Mirau- oder Linnik-Typ oder tatsächlich jedes beliebige Zweistrahlinterferometer verwendet werden, das ein auf die Verschiebung des gerade inspizierten Objekts bezogenes Interferenzstreifenmuster erzeugt. Beispielsweise würde ein Interferometer mit gemeinsamem Weg jegliche Probleme beseitigen, auf die man bei einer Vibration des Objekts trifft.

In dieser bestimmten Ausführungsform der Erfindung kann der Probentisch 104 bei einer Verschiebung (Höhe) unter der genauen Steuerung eines Piezokristalltreibers mit einer Auflösung von 3,66 nm und einem Bereich von 4.096 Schritten (insgesamt 15 µm) schrittweise bewegt werden. Die Verschiebung wird durch den Computer 108 über den Pufferverstärker 106 gesteuert. Der Piezokristall hat ein Rückkopplungssystem mit einem Detektor mit Dehnungsmeßgerät, um den Effekt einer Hysterese und eines Gangs zu reduzieren. Weil die Genauigkeit der Inspektionsergebnisse von der Genauigkeit der Verschiebung des Tisches abhängt, kann es vorteilhaft sein, die Verschiebung des Tisches unter Verwen dung z.B. eines Verfahrens zu kalibrieren, das auf einem Zählen von Interferenzstreifen von Interferenzstreifen eines He-Ne- Lasers basiert.

Der Bildabtaster 112 digitalisiert das ein Bild der Objektoberfläche repräsentierende Bild- oder Videosignal, das über die Videokamera 110 empfangen wurde, und speichert es in einem der vier Videobilder bzw. -rahmen (engl. video frames) des Bildabtasters, wobei jeder Rahmen aus 512×512 Pixel mit 256 Graustufen besteht. Der Bildabtaster wird durch den Computer 108 gesteuert, der bei einer Taktgeschwindigkeit von 33 MHz arbeitet und eine Bildverarbeitungssoftware laufen läßt, wie später beschrieben wird.

Das Arbeitsprinzip der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren 3 bis 5 beschrieben. Das Interferenzmikroskop 102 verwendet eine Breitbandbeleuchtung, so daß eine Interferenz stattfindet, wenn die beiden Weglängen d1 und d2 innerhalb der Kohärenzlänge der Lichtquelle der Halogen-Glühlampe gleich sind. Die Kohärenzlänge ist dem Kehrwert der Bandbreite des Lichts proportional und beträgt für die Halogen-Glühlampe annähemd 1 µm. Wie in dem in Figur 3 gezeigten Diagramm einer Interferenzstreifenintensität gegen eine Verschiebung einer bestimmten Stelle auf der Objektoberfläche demonstriert ist, können somit für diese bestimmte Stelle die Ergebnisse der Interferenz des Lichts in der Bildebene als ein Interferenzstreifen 300 der Ordnung Null mit hohem Kontrast entsprechend einer Weglängendifferenz von 0 (d1 = d2) beobachtet werden, mit farbigen maximalen und minimalen Interferenzstreifen höherer Ordnung 302 und 304, wo die Differenz zwischen d1 und d2 ungleich Null, aber geringer als die Kohärenzlänge ist. Der Interferenzstreifen nullter Ordnung wird, ob der helle oder (wie im in Figur 3 gezeigten Fall) der dunkle Abschnitt des Interferenzstreifens betrachtet wird, der Interferenzstreifen mit Spitzenkontrast sein und eine bestimmte Verschiebung (die Weglängendifferenz 0) der Stelle auf der Objektoberfläche eindeutig identifizieren oder kennzeichnen. Die Zahl und Sichtbarkeit der Interferenzstreifen, die auch von der Bandbreite der Halogen- Glühlampe 200 abhängig sind, hängen auch von der spektralen Empfindlichkeit der Kamera 110 (typischerweise 0,4 µm bis 1,1 µm mit einer Spitze um 0,7 µm für ein Siliziumziel), dem spek tralen Reflexionsvermögen des inspizierten Objekts und den Eigenschaften der optischen Elemente ab.

Es versteht sich, daß die verschiedenen Punkte, die das Intensitätsdiagramm von Figur 3 bilden, durch Verschieben des Objekts 100 als Ganzes (und daher der bestimmten Stelle auf der Objektoberfläche) in Richtung der Höhe entlang der optischen Achse 214 erzeugt werden, indem der Probentisch 104 schrittweise bewegt wird, wobei ein bestimmter Wert einer Verschiebung der bestimmten Stelle dem maximalen Intensitätswert des Interferenzstreifens mit Spitzenkontrast (des Interferenzstreifens 300 nullter Ordnung) entspricht. Das gleiche Interferenzmuster, das eine Intensität als eine Funktion einer Verschiebung der bestimmten Stelle ergibt, könnte jedoch auch erhalten werden, indem der Referenzspiegel 210 schrittweise bewegt wird oder indem sogar das Interferenzmikroskop 102 schrittweise bewegt wird, während das Objekt 100 stationär gehalten wird.

Beim Liefern eines Bildes des Objekts isoliert die vorliegende Erfindung die Spitze des Interferenzstreifens nullter Ordnung, um sie als einen Identifizierer oder Meßfühler zu verwenden. Dies ist in Figur 4 veranschaulicht. Wie dargestellt ist, hat das Objekt 100 die Form eines kleinen Hügels 400. Die z-Achse fluchtet mit der optischen Achse (und ist somit die Richtung, in der das Objekt durch den Probentisch 104 verschoben wird), während die x- und y-Achsen wechselseitig orthogonale Achsen sind. Bei einer Meßfühlerebene 402, die dem Interferenzstreifen nullter Ordnung entspricht, würde man eine einzelne Kontur gleicher Höhe auf dem ersten Videomonitor 114 betrachten. Die Bilderzeugung geht weiter, indem das Objekt auf dem Probentisch 104 durch den Interferenzstreifen mit Spitzenkontrast schrittweise bewegt wird, um eine Anzahl Konturen aufzubauen und daher ein komplettes Bild der Oberfläche des kleinen Hügels 400 zu bilden. Dies ist in Figur 5 schematisch veranschaulicht, in der der zweite Videomonitor 116 ein komplettes Bild abstrakt zeigt, das aus einer Anzahl Konturen gebildet ist, die auf dem ersten Videomonitor 114 abstrakt betrachtet werden.

Die Art und Weise, in der ein dreidimensionales Bild des Objekts 100 gebildet wird, wird nun ausführlicher beschrieben. Das Objekt 100 ist auf dem Probentisch 104 positioniert und wird bis kurz vor den Interferenzstreifen mit Spitzenkontrast verschoben. Das Objekt wird dann sukzessiv typischerweise für bis zu 255 Schritte mit einer Verschiebung von 5 nm bis 50 nm durch den Spitzeninterferenzstreifen schrittweise bewegt. Bei jedem Schritt wird durch die Videokamera 110 ein Bild aufgenommen. Intensitätswerte bei jedem, typischerweise 128×128, Pixel werden durch den Bildabtaster 112 digital bestimmt und auf die entsprechende Verschiebung des Probentisches 104 bezogen. Für jedes Pixel wird die der maximalen oder minimalen Intensität (Spitzeninterferenzstreifen) entsprechende Verschiebung gelesen und gespeichert. Auf diese Weise wird die gesamte Tiefe des Oberflächendetails abgetastet, um ein komplettes dreidimensionales Bild zu schaffen. Mit dem beschriebenen Gerät dauert eine Messung über eine Fläche von 256×256 Pixel für 100 Verschiebungsschritte knapp unter 3 Minuten.

Man hat festgestellt, daß es in der Praxis einen Fehler bei der Messung der Höhe (Verschiebung) geben kann, wenn man Differenzen in der Höhe zwischen verschiedenen Materialien oder verschiedenen Steigungen auf dem gleichen Material mißt. Man denkt, daß dieser Fehler aufgrund von Unterschieden in dem Reflexionsvermögen oder anderen optischen Eigenschaften der fraglichen Oberfläche oder Oberflächen entsteht, die die Lage des Interferenzstreifens mit Spitzenkontrast ändern können. Um diesen Fehler zu kompensieren, könnte man das Gerät für verschiedene Materialien und Steigungen durch einen Kalibrierungsfaktor kalibrieren, der für die Stelle des Spitzeninterferenzstreifens verwendet wird.

Die optischen Unterschiede zwischen Materialien könnten ferner genutzt werden, um bestimmte Materialien und/oder Defekte (wie z.B. Fremdstoffe) zu identifizieren oder "ihren Fingerabdruck zu nehmen". Man hat festgestellt, daß Materialien Interferenzstreifenmuster besitzen können, die man als eindeutige Identifizierer dieser Materialien verwenden könnte. Man hat festgestellt, daß die Abstände der verschiedenen Interferenzstreifen und die relativen Amplituden der verschiedenen Interferenzstreifen wichtige Charakteristiken der Interferenzstreifenmuster sind.

Die Art und Weise, in der eine Bildverarbeitung durch die vorliegende Erfindung durchgeführt wird, wird nun unter Bezugnahme auf das in Figur 6 gezeigte Flußdiagramm beschrieben. In Figur 6 haben die Symbole die folgenden Bedeutungen:

dH = Verschiebung eines einzelnen Schritts (z.B. Minimum 3,66 nm, Maximum 50 nm)

N = Gesamtzahl der Schritte

H = Verschiebung des Probentisches 104

n = Schrittnummer

Z = Höhe der Oberfläche des Objekts 100

11 = neues Bild von Kamera 110

12 = Speicher für höchste Pixelintensitäten

13 = Speicher für Höhenwerte Z(x, y)

x, y = horizontale und vertikale (Reihe und Spalte) Koordinaten von Pixeln im digitalisierten Bild

Die Bildverarbeitung ist relativ einfach, wobei sie eher auf einem Vergleichsverfahren als einer damit verbundenen mathematischen Berechnung oder Interpolation basiert. Dies wird durch die Tatsache ermöglicht, daß der Interferenzstreifen mit Spitzenkontrast relativ schmal ist, so daß eine hohe Auflösung ohne eine derartige Berechnung oder Interpolation erreicht werden kann (obwohl man natürlich einsieht, daß eine bessere Auflösung durch eine geeignete Rauschreduzierung oder Interpolationsverfahren für Interferenzstreifen erzielt werden könnte). Allgemein ausgedrückt ist das Ziel der Bildverarbeitung, zu bestimmen, bei welcher Höhe Z(x, y) jedes Pixel durch den Interferenzstreifen mit Spitzenkontrast durchgeht. Dies wird erreicht, indem die maximalen oder minimalen Intensitätswerte gespeichert werden und ein entsprechendes Bild mit den geeigneten, aus H (der Verschiebung des Probentisches 104) bestimmten Höhenwerten zugeordnet wird. Der maximale oder minimale Intensitätswert für jedes Pixel wird bestimmt, indem eine Speicherung nur aufeinanderfolgender maximaler oder minimaler Intensitätswerte zusammen mit den entsprechenden Höhenwerten gehalten wird, während das Objekt schrittweise bewegt wird. Beim Abschluß der Schrittprozedur wird der Speicher so einen Höhenwert, für jedes Pixel, entsprechend dem Extremum des hellen oder dunklen Abschnitts des Interferenzstreifen mit Spitzenkontrast enthalten.

Nun wird auf Figur 7 verwiesen, um die Operation des Bildverarbeitungsverfahrens zu demonstrieren. Der Einfachheit halber betrachtet man die Bilderzeugung einer einzelnen Linie aus Pixeln, wobei die Linie wie die gestrichelte Linie 404 von Figur 4 (d.h. eine einfache Steigung) geformt ist. Das Verfahren wird durch Verfolgen der aufeinanderfolgenden Bilder in den drei Bildebenen I1, I2 und I3 beschrieben.

Schritt 1: Das Livebild in I1 wird in I2 kopiert, um den Speicher der Spitzenintensitätswerte zu initialisieren. Es ist wichtig, daß der Interferenzstreifen mit Spitzenkontrast in diesem ersten Bild nicht sichtbar ist.

Schritt 2: Die Verschiebung wird inkrementiert, und der Interferenzstreifen nullter Ordnung beginnt auf dem Objekt zu erscheinen, wie in I1 ersichtlich ist. I1 wird mit I2 verglichen (d.h. die Intensitäten der Pixel mit äquivalenten (x, y)-Koordinaten werden verglichen) und, wann immer die Intensität in I1 größer als die in I2 ist, wird (a) die neue höhere Intensität in I2 gespeichert, und (b) die Höhe Zn in I3 gespeichert.

Schritt 3: Die Verschiebung wird weiter inkrementiert und der Prozeß N-mal wiederholt, wobei I1 jedesmal mit I2 des vorherigen Schritts verglichen wird. In den ersten wenigen Bildern werden Interferenzstreifen auf der Seite niedrigerer Intensität noch intensiver als die durchschnittliche Objektintensität sein, was dazu führt, daß fehlerhafte Höhenwerte in I3 gespeichert werden. Wenn man aber während der folgenden Wiederholun gen beim Interferenzstreifen nullter Ordnung ankommt, wird schließlich der korrekte Höhenwert gespeichert. Dieser wird dann ungeändert bleiben, weil keine anderen Interferenzstreifen eine höhere Intensität aufweisen. Nach und nach werden die korrekten Höhenwerte gespeichert, bis schließlich das komplette Profil gespeichert ist.

Hat man die Basisbuddaten einmal erhalten, können sie auf verschiedene Weisen weiter verarbeitet werden. Zum Beispiel können die Daten in Form eines Grauskalenbildes präsentiert werden, bei dem die Höhe als Intensität dargestellt ist. Die Daten können auch als ein pseudodreidimensionales Drahtnetzbild oder ein Linienprofil präsentiert oder unter Verwendung eines Einzelpixelzeigers untersucht werden. Filtern, Zoomen und andere Bildverarbeitungsfunktionen können vorgesehen sein.

Es kann vorteilhaft sein, Parallelverarbeitungsverfahren zu verwenden, um die Geschwindigkeit der Bildverarbeitung zu erhöhen, obwohl, wie schon erwähnt worden ist, die Bildverarbeitung in jedem Fall relativ schnell ist. Die Geschwindigkeit der Verarbeitung ist möglicherweise durch die Geschwindigkeit, mit der das Objekt mechanisch verschoben werden kann, und die Kommunikationsgeschwindigkeit zwischen dem Computer 108 und dem Bildabtaster 112 begrenzt. Die letztgenannte Beschränkung kann teilweise beseitigt werden, indem Bildinformationen im Speicher des Computers gespeichert werden.

Ergebnisse, die unter Verwendung der vorliegenden Erfindung erhalten worden sind, werden nun unter Bezugnahme auf die Figuren 8 bis 10 beschrieben. Zuerst auf die Figuren 8a-e verweisend wurde eine in InP geätzte Laser/Detektorrille unter Verwendung von 200 X 15 nm Schritten profiliert, wobei die oben erwähnten Verfahren genutzt wurden. Ein ×10 Objektiv 212 auf dem Mikroskop 102 wurde mit einem ×2-Wandler verwendet. Die Intensitätsprofile der Interferenzstreifen als Funktion von Z (Verschiebung) sind in den Figuren 8(a) und (b) für die Oberseite bzw. die Unterseite der Rille dargestellt. In diesem speziellen Fall wurde der zentrale dunkle Interferenzstreifenabschnitt des Spitzeninterferenzstreifens verwendet. Die relative Trennung der Spitzen der dunklen Interferenzstreifenabschnitte ergibt die Tiefe der Rille. Ein Grauskalenbild und zwei- und dreidimensionale Profile eines Schnitts der Rille sind in den Figuren 8(c) bzw. (d) angegeben.

Die Resultate eines Profilierens der Merkmale einer MESFET- Vorrichtung auf GaAs sind in den Figuren 9 dargestellt. Das Grauskalenbild in Figur 9(a), das unter Verwendung der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, zeigt (unter Verwendung des ×10-Objektivs) eine allgemeine Ansicht einer Anzahl von Transistoren mit Drains, Gates und Sources. Die gefleckte Linie am Boden des Bildes ist ein Draht, der nicht profiliert worden ist, weil er außerhalb des Bereichs von 15 µm des Systems liegt. Eine detailliertere Ansicht des Gate/Aussparungsbereichs ist, wobei die vorliegende Erfindung (mit einem ×20-Objektiv) verwendet wird, in Figur 9(d) als ein Grauskalenbild und in Figur 9(b) als ein dreidimensionales Bild dargestellt. Zum Vergleich ist in Figur 9(c) ein Photo des gleichen Bereichs von einem Elektronenmikroskop gezeigt. Obwohl die in Figur 9(b) gezeigten Bilder (unter Verwendung der vorliegenden Erfindung) eine niedrigere horizontale Auflösung zeigen, ergeben sie Größendetails für die vertikale Skala, was im Vergleich zu dem SEM-Bild ein wichtiger Vorteil ist.

Figur 10 zeigt einen Vergleich zwischen einerseits einem gewöhnlichen Reflexionsbild (Figur 10(a)) des in den Figuren 9(b) und 9(c) gezeigten Gate/Aussparungsbereichs und andererseits ein Bild eines ähnlichen Bereichs, das unter Verwendung der vorliegenden Erfindung erhalten wurde (Figur 10 (b)). Der Offsetpegel des gewöhnlichen Bildes in Figur 10(a) ist erhöht worden, um zu dem des Bildes in Figur 10(b) zu passen. Es gibt keine Kontrastverstärkung, die eine Bildverarbeitung für irgendein Bild verwendet. Das unter Verwendung der vorliegenden Erfindung erhaltene Bild ist viel schärfer als das gewöhnliche Reflexionsbild mit dem Vorteil, daß alle Merkmale im Brennpunkt liegen. Dieser Vorteil kann bei der optischen Inspektion (z.B. von Defekten) ausgenutzt werden.

Einige mögliche Bereiche von besonderer Nützlichkeit der vorliegenden Erfindung werden nun diskutiert. Die offensichtlichsten Anwendungen der Erfindung liegen beim Erzeugen zwei- oder dreidimensionaler Bilder von Objekten, wie z.B. Halbleitervorrichtungen mit Oberflächenmerkmalen von mehreren Mikrometer, und in der Meßtechnik solcher Objekte. Die Erfindung könnte z.B. erfolgreich verwendet werden, um Höhen- und Linienbreitenmessungen mit hoher Auflösung zu liefern (möglicherweise unter Verwendung geeigneter Randlokalisieralgorithmen). Die Erfindung könnte auch mit dem Phasenverschiebungsmikroskopie- Verfahren im gleichen Basisgerät kombiniert werden. Eine solche Kombination würde nur eine gewisse Verbreiterung der Interferenzstreifeneinhüllenden (z.B. unter Verwendung eines Spektralfilters) erfordern, um eine vertikale Auflösung von 1 nm auf flachen Proben zu liefern.

Eine andere Verwendung für die vorliegende Erfindung könnte die Messung von Schlüsselpunkten in einem intelligenten System sein. Weil Halbleiterkomponenten oft aus einem Satz von Ebenen bestehen, ist es nicht immer notwendig, alle Punkte in einem Bild zu messen. Statt dessen könnten signifikante Punkte oder interessante Punkte auf der Komponente gewählt und gemessen werden. Bei vorheriger Kenntnis der ungefähren Höhen dieser Ebenen auf einer Komponente könnte eine Höhenmessung mit variabler Auflösung bei verschiedenen Höhen (von der Schrittdichte abhängig) ausgeführt werden. Auf diese Weise könnte man Verarbeitungszeit einsparen. Eine andere Anwendung der Erfindung liegt in der Messung der Dicke dünner Filme.

PFSM ist inhärent schneller durchzuführen als die Verfahren, die eine Kohärenzfunktion verwenden, weil eine Erfassung der Spitze nur mit einem Vergleich von Intensitäten verbunden ist. Eine Bestimmung der Kohärenzfunktion ist mit einer viel längeren mathematischen Berechnung verbunden. Daher eignet sich PFSM für eine "Pseudo-Echtzeit"-Operation. Zum Beispiel kann eine Probe durch die Interferenzstreifen gescannt werden, und ein Videorahmenscannen könnte verwendet werden, um die Abschnitte abzutasten. Dies erfordert eine Datenverarbeitung bei einer Bildrate (z.B. 25 Rahmen bzw. Bilder pro Sekunde), die mit einer Abbildungstafel mit einem DSP (Digitalsignalprozessor) ausgeführt werden könnte. Für 100 Abschnitte kann ein Bild mit 100×100 Pixel nur 4 Sekunden in Anspruch nehmen. Schnellere Bildraten würden zu einer schnelleren Schnittbildung führen.

Aus früheren Arbeiten ist bekannt, daß, wenn man Schritthöhen zwischen verschiedenen Materialien mißt, ein Fehlerkorrekturfaktor addiert werden muß, um wellenlängenabhängige optische Effekte zu kompensieren, die sich ändern. Solch ein Verfahren könnte verwendet werden, um ein Material zu identifizieren, und durch dieses Verfahren abgeleitete Information könnte in ein Gerät für eine gleichzeitige Messung und Identifikation einer Probe eingebaut werden. Dies wird unten erläutert. Weißlichtinterferenzstreifen haben eine wohldefinierte Form, die aus einem zentralen schwarzen und weißen Interferenzstreifen nullter Ordnung und einer Reihe farbiger Interferenzstreifen höherer Ordnung auf jeder Seite besteht. Die farbigen Interferenzstreifen erscheinen mit verschiedenen Intensitäten in einem monochromen Bild. Die gesamte Symmetrie und das Gesamtmuster hängen prinzipiell von den spektralen Charakteristiken der Lichtquelle ab. Sie hängt auch von der Art des untersuchten Materials ab. Zum Beispiel werden Unterschiede im Reflexionsvermögen zwischen Materialien die spektralen Charakteristiken eines der interferierenden Strahlen ändern, was die Form des Interferenzstreifenmusters ändert. Unterschiede im Material (Metall, Halbleiter oder Dielektrikum) werden ebenfalls wellenlängenabhängige Phasenfehler einführen, die wieder die Form des Musters ändern.

Durch Kennzeichnen des Interferenzstreifenmusters von einem Bereich auf einem gegebenen Material und Kalibrieren der Form des Musters von verschiedenen Materialien ist es daher möglich, das Material zu identifizieren. So kann eine Spektroskopie der untersuchten Oberfläche ausgeführt werden. Ein Weg zum Quantifizieren der Form des Interferenzstreifenmusters könnte darin bestehen, eine Fouriertransformation der gemessenen Funktion durchzuführen. Verwendet man eine Bibliothek typischer Transformierter, die verschiedene Materialien kennzeichnen, könnten die optischen Charakteristiken bestimmt und das Material identifiziert werden, wobei die Transformierte von einer unbekannten Oberfläche verglichen wird.

Zwei Probleme, auf die man bei einer PFSM-Messung trifft, sind:

Erstens ist es schwierig, den Piezoschrittgeber zu kalibrieren, und zweitens können Höhenfehler durch externe Vibrationen induziert werden.

Eine elegante Lösung für diese beiden Probleme besteht darin, ein sekundäres optisches Meßsystem mit einer höheren Abtastgeschwindigkeit als der des Videosystems zu verwenden. Der wichtige Faktor ist, den exakten Abstand zwischen dem Interferometerkopf und der Oberfläche der Probe zu kennen. Zum Beispiel könnte ein Zweistrahl-Laserinterferometer verwendet werden, das einen Punkt mißt, wobei eine gewisse Form eines Heterodynverfahrens verwendet wird, um eine absolute Messung des Abstands zu ergeben. Dies würde eine genaue Messung jedes Schnitts ergeben, der in der PFSM-Schrittprozedur vorgenommen wird, und die Notwendigkeit eines (z.B. einen kapazitiven Sensor verwendenden) teuren kalibrierten Piezoschrittgebers beseitigen. Mit einer ausreichend hohen Abtastrate könnte eine Rückkopplungsregelung zum Piezo verwendet werden, um externe Vibrationen zu eliminieren (die in der Amplitude von einigen wenigen Nanometer bis zu einem Mikrometer variieren können). Dies würde die Einfachheit der Verwendung erheblich verbessern, wenn z.B. die Interferenzstreifen justiert werden und wenn man mit Objektiven mit hoher Leistungsfähigkeit arbeitet.

Eine solche Lösung für die Probleme der Kalibrierung und Vibration würde signifikante Vorteile für ein solches Mikroskop einführen. Das Vertrauen in die Meßgenauigkeit würde erhöht werden, und das Mikroskop könnte billiger gebaut und in einer größeren Zahl von Situationen verwendet werden, z.B. auf einem normalen Tisch statt auf einem gegen Vibrationen isolierten Tisch.

Es versteht sich, daß die Erfindung oben ausschließlich beispielhaft beschrieben worden ist und Modifikationen eines Details innerhalb des Umfangs der Erfindung vorgenommen werden können, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum interferometrischen Inspizieren einer Oberfläche Z(x, y) eines Objekts (100) umfassend: Erzeugen, für eine bestimmte Stelle (x, y) auf der Oberfläche Z(x, y), eines Interferenzmusters, bei dem eine Interferenzstreifenintensität eine Funktion einer Verschiebung dH der Stelle ist, Bestimmen eines Wertes einer Eigenschaftscharakteristik des Interferenzstreifenmusters (302 und 304) an verschiedenen Stellen des Interferenzstreifenmusters (302, 304) entsprechend verschiedenen Werten der Verschiebung, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Messungen vorgenommen werden, die die Schritte umfassen: (a) Erhalten eines Anfangsbildes Zn(x, y) von Pixeln entsprechend einer Anfangsstelle Hn; Verschieben der Stelle zu einer neuen Stelle Hn + dH, wo ein folgendes Bild Zn+1(x, y) erhalten wird; (c) Vergleichen jeweiliger Werte von Pixeln von Bildern Zn(x,y) und Zn+1(x, y), um so einen Extremwert der Eigenschaft zu bestimmen; und Speichern des bestimmten Extremwertes der Eigenschaft, zusammen mit dem entsprechenden Verschiebungswert (dH); und (d) Wiederholen der Schritte (a), (b) und (c), bis genügend Daten erhalten sind, um ein Bild (116) der Oberfläche Z(x, y) zu liefern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der ausgewählte Interferenzstreifen ein Interferenzstreifen mit Spitzenkontrast (300) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der von der Interferenzstreifenintensität abhängige Wert einer Eigenschaft an verschiedenen Stellen Z(x, y) auf dem Interferenzstreifenmuster periodisch bestimmt wird, entsprechend verschiedenen Werten der Verschiebung Hn, und der aktuelle Extremwert der Eigenschaft zusammen mit dem entsprechenden Verschiebungswert Hn gespeichert wird, wodurch am Ende der periodischen Bestimmung der einem Interferenzstreifen mit Spitzenkontrast entsprechende Verschiebungswert gespeichert ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jeweilige Interferenzmuster für mehrere Stellen erzeugt werden, die über einen Bereich der Oberfläche verteilt sind, und die Verschiebungen dH der jeweiligen Stellen bestimmt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Interferenzstreifenmuster unter Verwendung einer inkohärenten Quelle (200) erzeugt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum interferometrischen Identifizieren eines bestimmten Materials (100), bei dem die Identität des Materials aus zumindest einer Charakteristik des Interferenzstreifenmusters bestimmt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die beobachtete Charakteristik eine spektrale Variation im reflektierten Strahl ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Charakteristik eine Phasenverschiebung im reflektierten Strahl ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem eine Fourier-Transformation an einem Interferenzstreifenmuster durchgeführt wird und eine die Fourier-Transformation betreffende Information verwendet wird, um das Material zu identifizieren.

10. Gerät zum interferometrischen Inspizieren einer Oberfläche eines Objekts (100) mit einer Einrichtung (200) zum Erzeugen, für eine bestimmte Stelle auf der Oberfläche, eines Interferenzstreifenmusters (302, 304), bei dem eine Interferenzstreifenintensität eine Funktion einer Verschiebung (dH) der Stelle ist, und einer Bestimmungseinrichtung (106, 108, 112, 114 und 116) zum Bestimmen, aus dem Interferenzstreifenmuster (302, 304), der Verschiebung dH der bestimmten Stelle, die einem ausgewählten Interferenzstreifen entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungseinrichtung (106, 108, 112, 114 und 116) angeordnet ist, um periodisch Bilder von Pixeln entsprechend verschiedenen Höhenwerten Hn, Hn + dH zu erhalten, bei dem die Bestimmungseinrichtung (106, 108, 112, 114 und 116) ferner angeordnet ist, um jeweilige Werte aufeinanderfolgender Bilder Zn(x, y), Zn+1(x, y) zu vergleichen, um so einen Extrem wert der Eigenschaft zu bestimmen, und den Extremwert zusammen mit dem entsprechenden Höhenwert zu speichern, um so am Ende der periodischen Bestimmung ein Bild der Oberfläche zu liefern.

11. Gerät nach Anspruch 10, bei dem der ausgewählte Interferenzstreifen ein Interferenzstreifen mit Spitzenkontrast (300) ist.

12. Gerät nach Anspruch 10 oder 11, bei dem die Erzeugungseinrichtung (200) angeordnet ist, um jeweilige Interferenzmuster (302, 304) für mehrere Stellen zu erzeugen, die über einen Bereich der Oberfläche verteilt sind, und die Bestimmungseinrichtung (106, 108, 112, 114 und 116) angeordnet ist, um die Verschiebungen der jeweiligen Stellen zu bestimmen.

13. Gerät nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem die Erzeugungseinrichtung angeordnet ist, um das Interferenzstreifenmuster unter Verwendung einer inkohärenten Quelle (200) zu erzeugen.

14. Gerät nach einem der Ansprüche 10 bis 13 zum interferometrischen Identifizieren eines bestimmten Materials, bei dem die Identität des Materials aus zumindest einer Charakteristik des Interferenzstreifenmusters bestimmt wird.

15. Gerät nach einem der Ansprüche 10 bis 14 mit einer Einrichtung (208, 210) zum Einrichten eines Interferenzmusters unter Verwendung eines ersten und zweiten Lichtstrahls, indem der erste Lichtstrahl von einer Oberfläche des Materials (100) reflektiert wird; einer Einrichtung (110) zum Beobachten zumindest einer Charakteristik des Beugungsmusters und einer Einrichtung zum Vergleichen einer aus der beobachteten Charakteristik abgeleiteten Information mit einer gespeicherten Information über die gleiche Charakteristik bekannter Materialien, so daß das Material durch Abgleichen der beobachteten Charaktenstik mit der gespeicherten Charakteristik identifiziert werden kann.

16. Gerät nach Anspruch 15, bei dem die beobachtete Charakteristik eine spektrale Variation im reflektierten Strahl ist.

17. Gerät nach Anspruch 15, bei dem die Charakteristik eine Phasenverschiebung im reflektierten Strahl ist.

18. Gerät nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem eine Einrichtung vorgesehen ist, um an einem Interferenzstreifenmuster eine Fourier-Transformation durchzuführen, und eine die Fourier-Transformation betreffende Information verwendet wird, um das Material zu identifizieren.







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