B e s c h r e i b u n g

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Laserinterferometrie- Verfahren, das zur Anwendung bei ätzenden Schichten be¬ stimmt ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie auf ein Laserinterferometer zur Untersuchung einer Schicht, insbesondere zur Ausführung dieses Verfahrens.

Stand der Technik

Interferometrische Untersuchungen werden häufig bei der Untersuchung dünner Schichten angewendet. Dabei hat sich das Laserinterferometer stark durchgesetzt. Es wird z.B. beim Ätzen dünner Schichten eingesetzt, um die Ätzrate und den Endpunkt beim Ätzen zu bestimmen. Dies wird im folgen¬ den näher unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 erläu¬ tert. Die zu ätzende Schicht (2), die auf einem Substrat (1) angeordnet ist, wird mit einem Laser bestrahlt. Der einfallende Laserstrahl (10) wird bei transparenten Schichten zum Teil an der Oberfläche der Schicht (2) und zum Teil an der Grenzfläche der Schicht zum Substrat (1) reflektiert. Der reflektierte Laserstrahl setzt sich somit aus zwei Strahlen zusammen, die mit (20) und (22) bezeich¬ net sind. Die Phasendifferenz der beiden reflektierten Strahlen hängt von der Dicke der zu ätzenden Schicht (2)

ab. Je nach Phasenlage bzw. Gangunterschied verstärken sich die Strahlen (20) und (22) oder schwächen sich ab. Ändert sich ie Dicke der Schicht (2), wie dies beim Ätzen der Fall ist, so erhält man eine sich ändernde Intensität des resultierenden reflektierten Laserstrahls. Es ergibt sich dabei eine Periodizität der Intensität des reflek¬ tierten Laserstrahls, der in Fig. 2 veranschaulicht ist. Aus dem zeitlichen Verlauf der Intensität des reflektier¬ ten Laserstrahls, d.h. aus der ^" Periode T, kann die Ätzrate ermittelt werden. Ist die Schicht (2) fortgeätzt worden, so daß der einfallende Laserstrahl (10) lediglich auf das Substrat (1) auffällt, so erhält man im allgemeinen eine Änderung der Reflektivität, so daß sich die Intensität des reflektierten Laserstrahls ändert, wodurch meist ein Knick in der Intensitätskurve entsteht. Dieser Knick zeigt den Endpunkt des Ätzvorgangs an, der in Fig. 2 mit dem Bezugs¬ zeichen (3) bezeichnet ist.

Es ist ferner bekannt, einen Laserstrahl mittels eines Modulators abzulenken. Derartige als Laserscanner bezeich¬ nete Einrichtungen werden z.B. in der Medizintechnik oder bei bestimmten Holographieverfahren eingesetzt.

Nachteilig bei bekannten Laserinterferometer-Einrichtungen ist, daß zur Analyse bestimmter Stellen der zu untersu¬ chenden Schicht eine genaue Justierung erfolgen muß.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom eingangs genannten Stand der Technik ein Laserinterferome- trie-Verfahren und ein Laserinterferometer anzugeben, die eine "on-line"-Analyse der zu untersuchenden Fläche, insbesondere in freiwählbaren Punkten gestatten.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Laserinter- ferometrie-Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Laserinterferometer mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsge¬ mäßen Verfahrens und Laserinterferometers sind Gegenstand der Unteransprüche.

Durch die Erfindung ist eine Abbildung der zu untersuchen¬ den Fläche mittels eines Laserinterferometers ermöglicht worden. Der Laserstrahl überstreicht dabei eine definierte Fläche der zu untersuchenden Schicht, wobei er zweidimen- sional abgelenkt wird. Entsprechend der punkt- bzw. zei¬ lenweisen überstreichung kann die Intensität des reflek¬ tierten Laserstrahls für die gesamte untersuchte Fläche punktweise ermittelt und über das angeschlossene Datenver¬ arbeitungssystem ausgewertet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren vereinfacht die Anwendung des Laserinterferome¬ ters, da keine aufwendige Justierung der zu analysierende Stelle vor der Untersuchung erfolgen muß, sondern vielmehr eine elektronische Lokalisierung erfolgt. Es könne nun auch sehr kleine Zonen analysiert werden, z.B. Kontaktlö¬ cher. Das Laserinterferometer kann nun auch bei sehr kleinem Verhältnis von zu ätzender zu maskierter Fläche angewendet werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Laserinterferometer wird zweck¬ mäßig ein He-Ne-Laser oder ein UV-Laser verwendet. Selbst¬ verständlich können auch andere Lasertypen verwendet werden. Z.B. hat sich der Einsatz eines in seiner Wellen¬ länge durchstimmbaren Lasers in einer Reihe von Anwen¬ dungsfällen als zweckmäßig erwiesen.

Bei den erfindungsgemäßen Verfahren wird der Laserstrahl gemäß Anspruch 2 bevorzugt elektro-mechanisch abgelenkt.

Dies ermöglicht einen geringen Energieeinsatz und eine rasche Abtastung der zu untersuchenden Fläche.

Bei einer zweckmäßigen VerfahrensVariante gemäß Anspruch 3 wird der Laserstrahl mittels eines elektrisch modulierba¬ ren Kristall abgelenkt.

Für die Umlenkung oder Abbildung des Laserstrahls werden gemäß Anspruch 4 bevorzugt optische Mittel eingesetzt. Dabei kann z.B. ein halbdurchlässiger Spiegel verwendet werden. Besonders zweckmäßig ist die Führung des Laser¬ strahls auf die zu untersuchende Schicht über eine Glas¬ faseroptik. Dabei wird ein Lichtwellenleiter zweckmäßig über die zu untersuchende Fläche geführt. Die Ortauflösung des Laserstrahls kann mittels eines Linsensystems erhöht werden, über das der Laserstrahl auf die zu untersuchende Schicht abgebildet und fokussiert wird (Anspruch 5). ^'

Zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses ist gemäß Anspruch 6 vorgesehen, den Laserstrahl mit einer fest einstellbaren Frequenz zu modulieren und den reflektierten Laserstrahl bei dieser Frequenz schmalbandig zu detektie- ren.

Eine andere Maßnahme besteht gemäß Anspruch 7 darin, die Mischsignale elektronisch zu trennen und das Signalrau¬ schen zu unterdrücken.

Die erfindungsgemäße Abtastung der zu untersuchenden Schicht ermöglicht zum einen eine Analyse der gesamten Schicht aufgrund der Verwendung des Datenverarbeitungs¬ systems, mittels dessen ein Bild der Oberfläche der zu untersuchenden Schicht erzeugt werden kann. Zum anderen ermöglicht es die Erfindung, eine Analyse in einem gewün-

schten Punkt der zu untersuchenden Fläche, insbesondere elektronisch auszuführen (Anspruch 8)..

So ist gemäß Anspruch 9 vorgesehen, beim Ätzen dünner Schichten die Ätzrate für einen beliebigen gewünschten Oberflachenpunkt der zu ätzenden transparenten Schicht zu bestimmen.

Bei einer anderen Varianten gemäß Anspruch 10 des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens für das Ätzen dünner Schichten wird der Endpunkt in einem beliebig gewünschten Oberflä¬ chenpunkt detektiert. Des weiteren ist gemäß Anspruch 10 vorgesehen, die Gleichmäßigkeit der Ätzrate und den End¬ punkt bei der zu ätzenden Schicht zu bestimmen.

Bei der VerfahrensVariante gemäß Anspruch 12 wird die Selektivität auf der zu ätzendenden Schicht ortsaufgelöst ermittelt.

Gemäß Anspruch 13 ist vorteilhafter Weise vorgesehen, den reflektierten Laserstrahl "on-line" zu analysieren. Dies gestattet eine schnelle Anpassung der Bearbeitung, insbe¬ sondere des Ätzens, der zu untersuchenden bzw. zu bearbei¬ tenden Schicht. Des weiteren kann durch zeitlich erfolgen¬ de Abläufe die gesamte Fläche dargestellt und im Zusammen¬ hang untersucht werden. Die Signale aus dem Datenverarbei¬ tungssystem werden gemäß Anspruch 13 vorteilhaft zur ProzeßSteuerung verwendet. Dies ermöglicht eine Anpassung des Ätzvorgangs unmittelbar an die tatsächlichen Material¬ gegebenheiten und ein besonders genaues Arbeiten.

Für die Datenwiedergabe werden bevorzugt ein Bildschirm und/oder Plotter verwendet (Anspruch 15). Auf dem Bild¬ schirm kann die Intensität des reflektierten Laserstrahls

dargestellt werden, die damit eine Abbildung der unter¬ suchten Fläche liefert. Um diese Darstellung übersichtli¬ cher zu gestalten, können unterschiedlichen Intensitäts¬ werten unterschiedliche Farben zugeordnet werden, so daß ein mehrfarbiges Bild auf dem Bildschirm abgebildet wird, das eine rasche Flächenanalyse der zu untersuchenden Fläche liefert. Selbstverständlich können auch die lokalen Ätzraten oder die lokalen Endpunkte des Ätzens dargestellt werden.

Das erfindungsgemäße Laserinterferometer eignet sich insbesondere vorteilhaft zur Ausführung des erfindungsge¬ mäßen Verfahrens. Für den Aufbau als abbildendes Laserin¬ terferometer werden lediglich zusätzlich ein Modulator und ein Datenverarbeitungssystem verwendet. Der Aufbau wird damit nicht wesentlich komplizierter. Bevorzugt umfaß der Modulator gemäß Anspruch 17 ein elektro- echanisches Ablenksystem, das bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 18 einen elektrisch modulierten Kristall umfaßt.

Zur Führung des Laserstrahls auf die zu untersuchenden Fläche ist vorteilhaft nach Anspruch 19 beim Lichtwellen¬ leiter vorgesehen, der entsprechende Ablenkeinheit über die zu untersuchende Fläche nachgeführt wird. Zur Erhähung der Auflösung ist zweckmäßig ein entsprechendes Linsensy¬ stem in den Strahlengang eingesetzt, das den Strahl auf die zu untersuchende Fläche fokussiert (Anspruch 20) .

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindunsgemäßen Interferometers nach Anspruch 21 umfaßt eine Einrichtung zur Erhöhung des Signal/Rauschverhältnisses. Zu diesem Zweck kann eine Modulationseinrichtung vorgesehen sein, die die Amplitude des Laserstrahls mit einer festeinstell¬ baren Frequenz moduliert, die entsprechend schmalbandig

bei der Modulationsfrequenz detektiert wird. Des weiteren können elektronische Einrichtungen vorgesehen sein, die Mischsignale trennen und das Rauschen unterdrücken.

Das erfindungsgemäße Laserinterferometer weist bevorzugt gemäß Anspruch 22 einen Bildschirm auf. Dieser ermöglicht vorteilhaft eine Nachstellung der zu untersuchenden Flä¬ che, so daß von dieser ein Gesamteindruck z.B. während einer Bearbeitung, insbesondere eines Ätzprozesses erhal¬ ten werden kann. Der Vorgang kann auf diese Weise "On¬ line" beobachtet und untersucht werden. Alternativ oder zusätzlich zu einem Bildschirm kann gemäß Anspüruch 22 ein Plotter vorgesehen sein.

Das erfindungsgemäße Interferometer wird bevorzugt zur Bestimmung der Ätzrate und des Endpunkts beim Ätzen von dünnen Schichten eingesetzt. Es kann insbesondere vorteil¬ haft auch zur ProzeßSteuerung verwendet werden, da Daten über die gesamte zu untersuchende bzw. zu bearbeitende Fläche ermittelt werden können.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter erläutert, in der zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Prinzips eines Laserinterferometers zur Bestimmung des Endpunkts und der Ätzrate beim Ätzen dünner Schichten,

Fig. 2 ein Diagramm, in dem die Intensität des reflektierten Laserstrahls beim Ätzen einer dünnen transparenten Schicht gegen die Zeit t aufgetragen ist, und aus dem die Ätzrate und der Endpunkt be¬ stimmt werden können,

Fig. 3 eine Schematische Darstellung des Aufbaus eines er¬ findungsgemäßen abbildenden Laserinterferometers,

Fig. 4 eine schematische Darstellung, die die lokalen Ver¬ hältnisse der zu ätzenden Schicht und der Ätzmaske sowie des bestrahlten Bereichs veranschaulicht,

Fig. 5 ein Beispiel einer Darstellung auf eine an das Datenverarbeitungssystem angeschlossenen Bild¬ schirm, und

Fig. 6a

6b Beispiele von über einen an das Datenverarbei¬ tungssystem angschlossenen Plotter ausgegebenen Diagrammen, die a) das zeitliche Verhalten der Intensität I des reflektierten Laserstrahls sowie die lokale Veränderung der Ätzrate in Abhängigkeit von der Koordinate x darstellen.

Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele

Es wird im folgenden der Aufbau eines erfindungsgemäßen abbildenden Laserinterferometers unter Bezugnahme auf die Fig. 3 beschrieben. Ein Laser (100) bei dem es sich z.B. um einen Gaslaser handeln kann, ist als Quelle für einen Laserstrahl (10) vorgesehen. Ein Modulator (30), der eine Ablenkeinheit darstellt, dient zur zweidimensionalen Auslenkung des Laserstrahls (10), wie durch die gekreuzten Pfeile bei (31) veranschaulicht ist. Vom Modulator (30) führt eine Signalleitung (32) zu einem Datenverarbeitungs¬ system (40) . In den Strahlengang ist ein schräggestellter halbdurchlässiger Spiegel (50) eingefügt, der die auftref¬ fenden Laserstrahlen (10) zum Target, d.h. zu der zu untersuchenden Fläche umlenkt. Dem halbdurchlässigen Spiegel (50) sind oberhalb der zu untersuchenden Schicht optische Mittel (60) nachgeordnet, bei denen es sich z.B. um einen Lichtwellenleit.er und/oder um ein Linsensystem handelt kann. Die zum Modulator (30) und zum Datenverar-

beitungssystem (40) führenden Leitungen sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in dieser schematischen Darstellung fortgelassen.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird das erfin¬ dungsgemäße Laserinterferometer in Verbindung mit einem Ätzreaktor (6) verwendet. In diesem Ätzreaktor ist auf einem mittels einer Halteeinrichtung (5) getragenen Pro¬ benteller (4) eine zu bearbeitende Halbleiterscheibe, d.h. ein Substrat (1) angeordnet. Das Substrat (1) trägt eine Schicht (2), die selektiv fortgeätzt werden soll. Zu diesem Zweck wird üblicherweise eine Ätzmaske verwendet.

Die optischen Mittel (60) und der halbdurchlässige Spiegel (50) lassen die von der zu untersuchenden Fläche reflek¬ tierten Laserstrahlen (20, 22) durch. Im optischen Strah¬ lengang, dem halbdurchlässigen Spiegel (50) nachgeordnet, ist ein Detektor (70) vorgesehen. Dieser detektiert die reflektierten Laserstrahlen (20, 22) und wandelt die optischen Informationen in elektronische Datensignale um. Der Detektor (70) ist über eine Leitung (72) mit dem Datenverarbeitungssystem (40) verbunden.

An das Datenverarbeitungssystem ist ein Bildschirmgerät (80) mit Bildschirm (82) angeschlossen. Auf dem Bildschirm ist schematisch ein Bild der untersuchten Fläche darge¬ stellt. Auch das Bildschirmgerät (80) umfaßt Mittel, mittels deren andere Darstellungen vom Datenverarbeitungs¬ system abgerufen werden können. Dies ist durch den Doppel¬ pfeil bei (84) veranschaulicht. Insoweit ist das Bild¬ schirmgerät in Art eines aktiven Terminals betreibbar. An das Datenverarbeitungssystem (40) ist außerdem ein Plotter (90) angeschlossen. Zur Veranschaulichung ist ein Beispiel (92) eines durch den Plotter wiedergebenen Diagramms

dargestellt. Wie der Pfeil 94 veranschaulicht, ist der Plotter (90) lediglich als Ausgabegerät konzipiert.

Das erfindungsgemäße abbildende Laserinterferometer arbei¬ tet wie folgt: Der von Laser (100) ausgesandte Laserstrahl (10) wird durch den Modulator (30) zweidi ensional abge¬ lenkt. Am halbdurchlässigen Spiegel (50) wird der Laser¬ strahl (10) reflektiert, wobei er im ausgeführten Ausfüh¬ rungsbeispiel eine Umlenkung um 90 Grad erfährt. An¬ schließend wird der Laserstrahl (10) durch optische Mittel (60) geführt.Der reflektierte Laserstrahl, der sich aus zwei phasenverschobenen Strahlen (20, 22) zusammensetzt, entsprechend der Reflektion des Laserstrahls (10) an der Oberfläche der zu ätzenden Schicht (2) und an deren Grenz¬ fläche zum Substrat (1), wird durch den halbdurchlässigen Spiegel (50) hindurchgeführt und vom Detektor (70) empfan¬ gen. Im Detektor (70) werden die optischen Informationen in elektrische Signale umgewandelt und dem Datenverarbei¬ tungssystem (40) zugeführt. Das Datenverarbeitungssystem (40) empfängt auch Signale vom Modulator (30), die seine Ablenkfunktion betreffen und die zeitlich richtige Korre¬ lation der empfangenen Daten sowie deren Auswertung ermög¬ lichen. Im Datenverarbeitungssystem (40) werden die elek¬ trischen Signale verarbeitet und periphere Einheiten, wie z.B. das Bildschirmgerät (80) und den Plotter (90) ausge¬ geben.

Auf diese Weise können während des Arbeitsvorgangs an der zu untersuchenden Fläche deren Daten ermittelt werden, sowie die zu untersuchende bzw. zu bearbeitende Fläche dargestellt werden. Bei einem Ätzvorgang können auf diese Weise z.B. die Ätzrate, der Endpunkt, die Selektivität des Ätzens während des Ätzvorgangs, d.h. "On-line" verarbeitet und wiedergegeben werden.

In Fig. 4 ist eine mit dem erfindungsgemäßen abbildenden Laserinterferometer zu untersuchenden Fläche mehr im einzelnen dargestellt. Das Substrat (1) ist schematisch angedeutet, während die Schicht (2) und die Ätzmaske (7) im Schnitt dargestellt sind. Die Ätzmaske (7) erstreckt sich nicht über die gesamte Schicht, sondern läßt vielmehr bei (8) einen Bereich der Schicht (2) frei, in dem diese fortgeätzt werden soll. Die ausgewählte, zu untersuchende Fläche umfaßt sowohl diesen Bereich (8) als auch Teile der Ätzmaske (7) wie durch die Randstrahlen a) ) und b) ) für den Laserstrahl (10) veranschaulicht ist. Dieser Bereich ist - eindimensional - durch das Bezugszeichen (11) noch einmal veranschaulicht. Bei einer derartigen Anordnung im Ätzreaktor (6) könne über das Bildschirmgerät (80) z.B. folgende Informationen entnommen werden: Die Ätzrate der Schicht (2) bzw. der Ätzmaske (7) in beliebigen Punkten, der Endpunkt der Schicht (2) in jedem beliebigen Punkt sowie gegebenenfalls der Endpunkt der Ätzmaske (7) in jedem beliebigen Punkt der untersuchten Fläche. Außerdem kann die Gleichmäßigkeit des Ätzvorgangs überwacht werden. Die Überstreichung von Ätzmaske (7) und Schicht (2) in Bereich (8) ermöglicht es ferner, die Selektivität des Ätzvorgangs bei der Schicht (2) in Bezug auf die Ätzmaske (7) darzustellen.

Fig. 5 zeigt sehr schematisch ein auf dem Bildschirmgerät (80) wiedergebenens Bild (82). Bei (84) sind z.B. Flächen¬ darstellungen der Ätzmaske (7), bei (86) Flächendarstel¬ lungen des Bereichs (8) dargestellt. Die einzelnen Dar¬ stellungen unterscheiden sich durch die Helligkeit und/ oder die Farbe, je nachdem, ob verschiedenen Intensitäts¬ werten verschiedene Helligkeitsstufen oder Farbwerte zugeordnet sind. Wenn sich die Helligkeit oder Farbe auf

dem Bildschirm nicht mehr ändert, ist der Endpunkt beim Ätzvorgang erreicht worden.

Fig. 6a und 6b stellen Beispiele von auf dem Plotter (90) wiedergegebenen Diagrammen dar. Fig. 6a veranschaulicht ein Diagramm ähnlich dem in Fig. 3 schematisch dargestell¬ ten Diagramm (92) . Die Intensität I ist gegen die Zeit aufgetragen; der zeitliche Verlauf der Intensität des reflektierten Laserstrahls ist periodisch, bis der Ätzvor¬ gang beendet ist. Dies veranschaulicht der Knick in der dargestellten Kurve bei (3), der den Endpunkt graphisch wiedergibt. Aus diesem Diagramm kann die Ätzrate in einem ausgewählten Punkt ermittelt werden.

Fig. 6b veranschaulicht den Verlauf der Ätzrate längs der untersuchten Fläche. Die Ätzrate ist gegen die Ortskoordi¬ nate x aufgetragen. Es ergibt sich ein kontinuierlicher, jedoch nicht völlig konstanter Verlauf der Ätzrate. Diese Kurve ermöglicht es, die Gleichmäßigkeit der Ätzrate, die örtliche Selektivität des Ätzfilms sowie den Endpunkt des Äztens zu bestimmen.