EP2225531A1 - Schichtdickenmessung an transparenten schichten - Google Patents

Schichtdickenmessung an transparenten schichten

Info

Publication number
EP2225531A1
EP2225531A1 EP08864084A EP08864084A EP2225531A1 EP 2225531 A1 EP2225531 A1 EP 2225531A1 EP 08864084 A EP08864084 A EP 08864084A EP 08864084 A EP08864084 A EP 08864084A EP 2225531 A1 EP2225531 A1 EP 2225531A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
beams
reflected
illumination
layer
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP08864084A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Detlef Gerhard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP2225531A1 publication Critical patent/EP2225531A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G01B11/0641Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating with measurement of polarization
    • G01B11/065Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating with measurement of polarization using one or more discrete wavelengths
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G01B11/0675Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating using interferometry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211Ellipsometry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/8422Investigating thin films, e.g. matrix isolation method
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211Ellipsometry
    • G01N2021/215Brewster incidence arrangement
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N2021/845Objects on a conveyor

Definitions

  • the invention relates to the layer thickness measurement of transparent layers, in particular of transparent carriers with electronic components.
  • the carrier is moved with a conveyor belt or is even part of the belt.
  • the layer thicknesses lie ⁇ gen approximately in the range of lOnm to l ⁇ m; the measurement resolution should be related to the layer thickness in the nanometer range; the lateral resolution can be around 10 ⁇ m.
  • the invention has for its object to describe a method for measuring the thickness of one or more transparent layers at high throughput, in particular of transparent carriers with electronic components that quickly pass the receiving sensor.
  • the invention is based on the finding that the smallest layer thicknesses of at least partially transparent layers can be determined, even if the test object moves in relation to the measuring apparatus. Due to a defined phase shift by selective variation of a phase position of a reference beam, it is also possible to determine layer thicknesses which are greater than the wavelength range of the laser light used.
  • the specimen is illuminated be ⁇ using at least one laser beam. At least two rays are reflected at the at least partially transparent material; a beam reflected from the top surface and a second beam resulting from reflection at the bottom of the layer or from an optical transition within the specimen or from a mirror opposite the illumination side of the specimen. Both beams are part of the reflected beam. Both beams differ in the preferred direction of polarization and in phase. The phase angle is a measure of the layer thickness.
  • the illumination of the layer takes place at an angle which approximately corresponds to the Brewster's angle. This means that a deviation from the Brewster's angle of + - 20% is possible.
  • An illumination beam is mixed with a reference beam. At the opto-electrical sensors only polarized beams are measured.
  • the reference beam interferes with the reflected beam.
  • the reflected beam bundle is generally separated by means of polarizers into sub-beams, wherein the polarization planes of resulting sub-beams are perpendicular to one another.
  • the optics are used for the deflection, with which the laser light is directed onto the sample in such a way that it appears approximately at the polarization angle, also called Brewster's angle, on the sample surface.
  • the invention is further based on the finding that the illumination beam can be split into two beams with the aid of polarization in order to produce better images.
  • the polarization planes of the two illumination beams are perpendicular to one another.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the invention with a polarization of beams immediately prior to the generation of an image on a sensor
  • Figure 2 shows an embodiment of the invention with a
  • Both reflection beams Bl and B2 are part of the reflected beam Bo.
  • the radiation beam Bo is mixed with a reference beam BR.
  • BR has the same wavelength according to the measurement accuracy.
  • the reference beam BR is split off from Bi via a beam splitter ST2 and is subsequently reflected by a mirror M which is varied in position such that it at least partially overlaps with parts of the beam bundle Bo reflected on the specimen. By moving this mirror M in the axial direction, the phase of Br is selectively varied during the measuring process.
  • the beams Brol and Bro2 are projected onto two different measuring cameras or optical sensors.
  • the measuring sensors are photodetectors or suitable cameras.
  • the sensors are synchronized with the beam Br so that the generated brightness or image is recorded for each generated phase. By comparing the intensities on the varied phase position, the layer thickness of the partially transparent layer of the sample is determined.
  • fast cameras can also be used;
  • a fast-moving line camera respective images relative to the phase produced and relative to the reference beam were taken.
  • the phase change of the beam BR may be synchronous with the refresh cycle of the cameras.
  • the row is read out at least once per mirror position of the mirror M, so that a brightness signal or row signal is available for each phase condition of the beam Br generated.
  • the measurement setup will be as follows:
  • a reference beam Br is coupled out.
  • Br is mixed or superposed in the beam splitter ST1 to the beam responses or to the reflected beam bundle Bo, so that the subbeams BoI, Bo2 result and after one polarization the polarized component beams Brol, Bro2 result,
  • Br and BoI generate a first image or a sensor signal at opto-electrical converters; Br and Bo2 respectively generate a second image or a sensor signal,
  • optics 05 are used, with which the laser light is directed onto the sample in such a way that it impinges on the sample surface at approximately a polarization angle.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the invention which provides a polarization of reflected beam bundles which are mixed with a reference beam immediately before the generation of an image on a sensor.
  • the beam is separated by polarizers into the beams Brol and Bro2, with the polarization planes of Brol and Bro2 perpendicular to each other.
  • the partially transparent sample material becomes two
  • the beam Bl is the reflected beam from the surface, and the beam B2 results from reflection at the sample bottom or from the optical transition within the sample. Further reflections within the sample are not taken into account.
  • a further limitation is that the rays which are reflected at the top of the sample are sufficiently polarized. Both beams Bl and B2 differ in the preferred direction of polarization and phase. The phase is a measure of the layer thickness.
  • the beam Bo is mixed with another reference beam Br.
  • Br has the same wavelength according to the measurement accuracy.
  • Br is split off via a beam splitter made of Bi and is subsequently reflected by a mirror, which is varied in position, so that it overlaps with parts of the beam Bo reflected on the specimen.
  • the phase of Br is selectively varied during the measuring process.
  • the beams BRoI and Bro2 are projected on two different measuring cameras or optical sensors. Here, Brol falls on one measurement sensor and Bro2 on the other measurement sensor.
  • phase change of the beam Br is synchronous with the refresh cycle of the cameras.
  • the line is to be read n times per measurement so that a brightness signal or cell signal is available for each phase state of the beam Br that is generated.
  • the input beam Bi can be decomposed into two beams Bi by means of the polarization.
  • the waves of the illumination beam BIOB are mutually perpendicular ⁇ right.
  • FIG. 2 shows an embodiment which already provides for a polarization of an illumination beam before its division into two, before it strikes the layer, and before a component for coupling a reference beam is coupled out.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Der Prüfling (OB) wird mit Hilfe mindestens eines Laserstrahls (BiOB) beleuchtet. An dem zumindest teilweise transparenten Material werden zumindest zwei Strahlen (B1, B2,..., Bn) reflektiert; ein Strahl (B1), der von der obersten Oberfläche reflektiert wird und ein zweiter Strahl (B2,..., Bn) der aus der Reflexion an der Schichtunterseite resultiert oder von einem optischen Übergang innerhalb des Prüflings oder von einem der Beleuchtungsseite des Objektes gegenüberliegenden Spiegel (Sp). Beide Strahlen sind Bestandteil des reflektierten Strahlenbündels (BO). Beide Strahlen unterscheiden sich in der Vorzugsrichtung der Polarisation und in der Phase. Die Phasenlage wird im Referenzbereich gezielt variiert. Der Referenzstrahl (Br) interferiert mit dem reflektierten Strahlenbündel. Das reflektierte Strahlenbündel wird allgemein über Polarisatoren in Teilstrahlen (Bo1, Bo2) getrennt, wobei die Polarisationsebenen von entstehenden Teilstrahlen senkrecht aufeinander stehen. Opto-elektronische Wandler (OES1, 0ES2) generieren Signale, die in einer Auswerteeinheit (AE) in Abhängigkeit der Phasenlage Schichtdicken ermitteln.

Description

Beschreibung
Schichtdickenmessung an transparenten Schichten
Die Erfindung betrifft die Schichtdickenmessung von transparenten Schichten, insbesondere von transparenten Tragern mit elektronischen Bauelementen.
Für gedruckte elektronische Schaltungen oder für den Aufbau von OLEDs (Optical Light Emitting Diodes) sind extrem dünne Schichten auf ein Tragermateπal aufzubringen. Die Qualität des elektronischen Bauelements hangt sehr von der Homogenitat und Dicke der aufgebrachten Beschichtung bzw. des Tragers ab. Im vorliegenden Fall wird der Trager mit einem Transportband bewegt oder ist sogar Teil des Bandes. Die Schichtdicken lie¬ gen etwa im Bereich von lOnm bis lμm; die Messauflosung sollte bezuglich der Schichtdicke im Nanometerbereich liegen; die laterale Auflosung kann bei ca. 10 μm liegen.
Eine Möglichkeit zur Messung einer Schichtstarke existiert im Stillstand von Trager und Bauelement, d.h. im stabilen Aufbau und wird zum Beispiel mit den Prinzipien der Ellipsometrie ausgeführt .
Eine andere Möglichkeit ist die gangige Dunnschichtmterfero- metrie zur Beurteilung der Schichtdicke. Allerdings können sich bei ultradunnen Schichten keine Interferenzen ausbilden und eine Auflosung von etwa lOnm ist bei nicht vorhandenen Interferenzen aufgrund zu geringer Schichtdicken und beste- hender Umwelteinflusse nicht zu erwarten.
Durch die Anforderung eine sehr große Anzahl von Prufpunkten in annehmbarer Zeit zu bearbeiten kommen Systeme nach dem Stand der Technik schnell an die Kapazitatsgrenze .
Es sind keine Onlme-Messsysteme für schnell bewegte Objekte bekannt, mit denen deren Schichtdicken online, beispielsweise bei Geschwindigkeiten von etwa 1m/s quer Erfassungsrichtung des Sensors, messbar sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Schichtdickenmessung von einer oder mehreren transparenten Schichten bei hohem Durchsatz zu beschreiben, insbesondere von transparenten Tragern mit elektronischen Bauelementen, die schnell am aufnehmenden Sensor passieren.
Die Losung dieser Aufgabe geschieht anhand der jeweiligen
Merkmalskombination von Anspruch 1, 2 bzw. 3. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteranspruchen zu entnehmen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich kleinste Schichtdicken von zumindest teilweise transparenten Schichten ermitteln lassen, auch wenn sich der Prüfling gegenüber der Messapparatur bewegt. Aufgrund einer definierten Phasenverschiebung durch gezielte Variation einer Phasenlage eines Referenzstrahls können auch Schichtdicken ermittelt werden, die großer als der Wellenlangenbereich des verwendeten Laserlichtes sind.
Der Prüfling wird mit Hilfe mindestens eines Laserstrahls be¬ leuchtet. An dem zumindest teilweise transparenten Material werden zumindest zwei Strahlen reflektiert; ein Strahl, der von der obersten Oberflache reflektiert wird und ein zweiter Strahl, der aus der Reflexion an der Schichtunterseite resultiert oder von einem optischen Übergang innerhalb des Prüflings oder von einem der Beleuchtungsseite des Objektes gege- nuberliegenden Spiegel. Beide Strahlen sind Bestandteil des reflektierten Strahlenbundels . Beide Strahlen unterscheiden sich in der Vorzugsrichtung der Polarisation und in der Phase. Die Phasenlage ist ein Maß für die Schichtdicke.
Die Beleuchtung der Schicht erfolgt unter einem Winkel, der etwa dem Brewster ' sehen Winkel entspricht. Das heißt, dass eine Abweichung von dem Brewster ' sehen Winkel von +- 20% möglich ist. Einem Beleuchtungsstrahl wird jeweils ein Referenzstrahl zu- gemischt. An den opto-elektrischen Sensoren werden nur polarisierte Strahlen gemessen.
Je nach Phasenlage interferiert der Referenzstrahl mit dem reflektierten Strahlenbundel . Das reflektierte Strahlenbundel wird allgemein über Polaπsatoren in Teilstrahlen getrennt, wobei die Polaπsationsebenen von entstehenden Teilstrahlen senkrecht aufeinander stehen.
Idealerweise wird für die Ablenkung eine Optik verwendet, mit der das Laserlicht so auf die Probe gerichtet ist, dass es ungefähr im Polarisationswinkel, auch Brewster' scher Winkel genannt, auf die Probenoberflache auftritt.
Der Erfindung liegt weiterhin die Erkenntnis zugrunde, dass zur Erzeugung besserer Abbildungen der Beleuchtungsstrahl mit Hilfe der Polarisation in zwei Strahlen zerlegt werden kann. Die Polaπsationsebenen der beiden Beleuchtungsstrahlen stehen senkrecht aufeinander.
Ein Strahlenbundel, welches zwei Reflektionsstrahlen enthalt, weist bereits eine wesentliche Polaπsierung auf. Nach der Mischung mit Referenzstrahlen werden erzeugte Teilstrahlen nochmals Polarisiert.
Anhand der begleitenden schematischen Figuren werden vorteilhafte, die Erfindung nicht einschränkende Ausgestaltungen be- schrieben.
Die schematischen Figuren stellen jeweils Folgendes dar:
Figur 1 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung mit einer Polarisierung von Strahlen unmittelbar vor der Erzeugung einer Abbildung auf einem Sensor, Figur 2 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung mit einer
Polarisierung eines Beleuchtungsstrahles vor dessen Zweiteilung.
Beide Reflektionsstrahlen Bl und B2 sind Bestandteil des reflektierten Strahlenbundels Bo. Dem Strahlenbundel Bo wird ein Referenzstrahl BR zugemischt. Wobei BR entsprechend der Messgenauigkeit die gleiche Wellenlange besitzt. Der Referenzstrahl BR wird hierzu über einen Strahlteiler ST2 aus Bi abgesplittet und wird anschließend von einem in der Position variierten Spiegel M so reflektiert, dass dieser mit Teilen des an der Probe reflektierten Strahlenbundels Bo zumindest teilweise überlappt. Durch Bewegung dieses Spiegels M in axialer Richtung wird die Phase von Br wahrend des Messvorgangs gezielt variiert.
Die Strahlen Brol und Bro2 werden auf zwei unterschiedliche Messkameras oder optische Sensoren projiziert. Bei den Messsensoren handelt es sich um Fotodetektoren oder geeignete Ka- meras . Die Sensoren sind so mit dem Strahl Br synchronisiert, dass je erzeugter Phase die hiermit erzeugte Helligkeit oder die Abbildung aufgenommen wird. Durch Vergleich der Intensitäten über die variierte Phasenlage wird die Schichtdicke der teilweise transparenten Schicht der Probe ermittelt.
Anstelle des Fotoelements können auch schnelle Kameras eingesetzt werden; so wurden mit einer schnell laufenden Zeilenkamera jeweils relativ zur erzeugten Phase und relativ zum Referenzstrahl zugehörige Abbildungen aufgenommen werden.
Die Phasenanderung des Strahls BR kann synchron mit dem Refreshzyklus der Kameras sein. Bei Einsatz einer Zeilenkame- ra wird die Zeile mindestens 1-mal je Spiegelposition des Spiegels M ausgelesen, so dass zu jedem erzeugten Phasenzu- stand des Strahls Br ein Helligkeitssignal bzw. Zeilensignal zur Verfugung steht. Durch Vergleich der Abbildungen und der synchronisierten Reihenfolge der Abbildungen kann auf die die Schichtdicke der Probe geschlossen werden.
Zur Erzeugung optimaler Abbildungen kann der Eingangs strahl/Beleuchtungsstrahl Bi mit Hilfe der Polarisators P3 geteilt und jeweils polarisiert werden, so dass zwei Beleuch¬ tungsstrahlen BiOB vorliegen, die das Objekt OB beleuchten. Die Wellen der beiden Strahlen stehen senkrecht aufeinander. In diesem Fall wird der Messaufbau sich wie folgt gestalten:
- Aus dem Beleuchtungsstrahl Bi wird ein Referenzstrahl Br ausgekoppelt .
- Br wird in dem Strahlteiler STl den Strahlantworten bzw. dem reflektierten Strahlenbundel Bo zugemischt bzw. überlagert, so dass sich die Teilstrahlen BoI, Bo2 ergeben und nach einer Polarisierung die polarisierten Teilstrahlen Brol, Bro2 ergeben,
- Br und BoI erzeugen an opto-elektrischen Wandlern ein erstes Bild bzw. ein Sensorsignal; Br und Bo2 erzeugen entsprechend ein zweites Bild bzw. ein Sensorsignal,
- die Auswertung erfolgt wie in anderen Ausfuhrungen,
- Idealerweise wird für die Strahl-Ablenkung eine Optik 05 verwendet, mit der das Laserlicht so auf die Probe gerichtet ist, dass es ungefähr in einem Polaπsationswinkel auf die Probenoberflache auftrifft.
Mit der oben beschriebenen Losung lassen sich dünnste Schichtdicken von teilweise transparenten Proben ermitteln, wobei sich die Probe gegenüber der Messapparatur bewegen darf, beispielsweise in 90°- Richtung zur Beobachtungsrichtung. Aufgrund der definierten Schiebung der Phase können auch Schichtdicken ermittelt werden, die großer als der WeI- lenlangenbereich des verwendeten Laserlichtes sind. Figur 1 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung die eine PoIa- πsierung von reflektierten Strahlenbundeln, die mit einem Referenzstrahl gemischt sind, unmittelbar vor der Erzeugung einer Abbildung auf einem Sensor vorsieht.
Entsprechend der gezielten Einstellung der Phasenlage inter¬ feriert der Strahl Br mit dem Strahlenbundel Bo.
Das Strahlenbundel wird über Polarisatoren getrennt in die Strahlen Brol und Bro2, wobei die Polarisationsebenen von Brol und Bro2 senkrecht aufeinander stehen.
An dem teilweise transparenten Probenmaterial werden zwei
Strahlen reflektiert; der Strahl Bl ist der von der Oberflache reflektierte Strahl und der Strahl B2 resultiert aus der Reflexion an der Probenunterseite oder vom optischen Übergang innerhalb der Probe. Weitere Reflexionen innerhalb der Probe werden nicht berücksichtigt. Einschränkend kommt hinzu, dass die Strahlen, die an der Probenoberseite reflektiert werden, genügend polarisiert sind. Beide Strahlen Bl und B2 unterscheiden sich in der Vorzugsrichtung der Polarisation und der Phase. Die Phase ist ein Maß für die Schichtdicke.
Dem Strahl Bo wird ein weiterer Referenzstrahl Br zugemischt. Wobei Br entsprechend der Messgenauigkeit die gleiche Wellenlange besitzt. Br wird hierzu über einen Strahlteiler aus Bi abgesplittet und wird anschließend von einem in der Position variierten Spiegel so reflektiert, dass dieser mit Teilen des an der Probe reflektierten Strahl Bo überlappt. Durch Bewegung des Spiegels in Sl wird die Phase von Br wahrend des Messvorgangs gezielt variiert.
Die Strahlen BRoI und Bro2 werden auf zwei unterschiedliche Messkameras oder optische Sensoren projiziert. Hierbei fallt Brol auf einen Messsensor und Bro2 auf den anderen Messsensor .
Neben dem Fotoelement können auch schnelle Kameras eingesetzt werden; so wurde mit einer schnell laufenden Zeilenkamera je mit Br erzeugter Phase eine hierdurch erzeugte Abbildung aufgenommen werden. Die Phasenanderung des Strahls Br ist synchron mit dem Refreshzyklus der Kameras. Bei Einsatz einer Zeilenkamera ist die Zeile n mal je Messung auszulesen, so dass zu jedem erzeugten Phasenzustand des Strahls Br ein HeI- ligkeitssignal bzw. Zellensignal zur Verfugung steht. Durch Vergleich der Bilder und der synchronisierten Reihenfolge der Abbildungen kann auf die Schichtdicke der Probe ge¬ schlossen werden.
Zur Erzeugung besserer Abbildungen kann der Eingangsstrahl Bi mit Hilfe der Polarisation in zwei Strahlen Bi zerlegt werden. Die Wellen der Beleuchtungsstrahlen BiOB stehen senk¬ recht aufeinander.
Mit der oben beschriebenen Losung lassen sich dünnste
Schichtdicken von teilweise transparenten Proben ermitteln, wobei sich die Probe gegenüber der Messapparatur bewegen darf. Aufgrund der definierten Schiebung der Phase können auch Schichtdicken ermittelt werden, die großer als der WeI- lenlangenbereich des verwendeten Laserlichtes sind.
Figur 2 zeigt eine Ausgestaltung, die bereits eine Polarisierung eines Beleuchtungsstrahles vor dessen Zweiteilung vorsieht, bevor dieser auf die Schicht trifft, und bevor ein An- teil zur Erzeugung eines Referenzstrahls ausgekoppelt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Schichtdickenmessung an zumindest teilweise transparenten dünnen Schichten, bestehend aus folgenden Schritten:
Beleuchtung einer Schicht mit einem Beleuchtungslaser (L) unter einem Winkel, der etwa dem Brewster' sehen Winkel entspricht unter Einsatz einer Optik (05) zur Fuhrung des Be- leuchtungsstrahls (BiOB) auf eine oder mehrere ubereinander- liegende teilweise transparente Schicht/Schichten,
Strahlreflexion sowohl an einer Schichtoberseite und einer Schichtunterseite, als auch an einem Schichtubergang oder von einem der Beleuchtungsseite des Objektes gegenuberliegen- den Spiegel zur Erzeugung reflektierter Strahlen (Bl, B2, .,Bn) mit n=Summe aller reflektierten Strahlen,
Überlagerung eines samtliche reflektierten Strahlen (Bl, B2, ,Bn) enthaltenden Strahlenbundels (BO), mittels eines Strahlteilers (STl), mit einem Referenzstrahl (Br), der über einen Strahlteiler (ST2) vom Beleuchtungsstrahl (Bi) abgetrennt ist und eine Referenzeinheit (RE) unter Aufbringung einer Modulierung durchlaufen hat und dessen Phasenlage gezielt variiert wird,
Aufspaltung des Strahlenbundels (BO) in die Teilstrahlen (BoI, Bo2), welche durch einen jeweiligen Polarisator (Pl, P2) gefuhrt werden, so dass die Polarisationsebenen beider entstehenden Strahlenbundel (Brol,Bro2) senkrecht aufeinander stehen,
Projizierung der polarisierten Strahlenbundel (Brol,Bro2) auf unterschiedliche opto-elektrische Sensoren (OESl, 0ES2), welche derart mit dem Referenzstrahl (Br) synchronisiert sind, dass für bestimmte an der Referenzeinheit (RE) erzeugte Phasenlagen die zugehörige Helligkeit oder eine Abbildung aufgenommen wird, - Vergleich der Intensitäten beider Sensorsignale in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung in der Auswerteeinheit (AE) , wobei die Schichtdicke der zumindest einen teilweise transparenten Schicht des Prüflings berechenbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Beleuchtungsstrahl (Bi) sich aus den Strahlen von mindestens zwei Lasern unterschiedlicher Wellenlange zusammensetzt, zur Erzeugung einer Lichtschwebung zur Vergrößerung des Schichtdickenmessbereichs .
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mittels eines Polaπsators (P3) der Beleuchtungsstrahl (Bi) polarisiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei mittels eines Polaπsators (P3) der Beleuchtungsstrahl (Bi) getrennt wird und beide entstehenden Strahlen (BiI, Bi2) zueinander senkrecht polarisiert sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Beleuchtungsstrahl (Bi) unter einem Winkel, der etwa dem Brewster' sehen Winkel entspricht unter Einsatz einer Optik (05) auf eine oder mehrere ubereinanderliegende teil- weise transparente Objektschicht/-schichten auftrifft.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Referenzeinheit (RE) ein axial schwingender Spiegel (M) zur gezielten Modulation des Referenzstrahls (R) vorgesehen ist
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei anstelle des Spiegels (M) der Referenzeinheit (RE) eine teilweise transparente Oberflache verwendet wird, sodass nur ein Teil eines auftreffenden Strahls reflektiert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als optische Sensoren Messkameras eingesetzt werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Modulation in einer Referenzeinheit (RE) für den Referenzstrahl (BR) durch einen in Strahlrichtung schwingenden Spiegel (M) realisiert wird und eine Strahlreflexion derart erfolgt, dass der Referenzstrahl zumindest partiell mit dem am Prüfling reflektierten Strahlenbündel (Bo) überlappt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Schwingung des Spiegels die Phase des Referenzstrahls (BR) während des Messvorgangs gezielt variiert wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Phasenänderung des Referenzstrahls Br synchron mit einem Refreshzyklus von Kameras ist.
EP08864084A 2007-12-21 2008-12-19 Schichtdickenmessung an transparenten schichten Ceased EP2225531A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200710062052 DE102007062052A1 (de) 2007-12-21 2007-12-21 Schichtdickenmessung an transparenten Schichten
PCT/EP2008/068040 WO2009080756A1 (de) 2007-12-21 2008-12-19 Schichtdickenmessung an transparenten schichten

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2225531A1 true EP2225531A1 (de) 2010-09-08

Family

ID=40481760

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP08864084A Ceased EP2225531A1 (de) 2007-12-21 2008-12-19 Schichtdickenmessung an transparenten schichten

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2225531A1 (de)
DE (1) DE102007062052A1 (de)
WO (1) WO2009080756A1 (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202009007612U1 (de) * 2009-05-28 2010-10-14 Sick Ag Reflexionslichtschrankensensor
DE102010046438A1 (de) * 2010-09-24 2012-03-29 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung und Verfahren zur optischen Charakterisierung von Materialien
DE102014112886A1 (de) * 2014-09-08 2016-03-24 Khs Gmbh Polarisationskamera zur Überwachung von Förderbändern
DE102015103706A1 (de) * 2015-03-13 2016-09-15 CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik GmbH Optische Sensoranordnung zur Bestimmung der Eigenschaften einer dünnen Schicht
CN107401982B (zh) * 2017-07-26 2019-07-09 淮阴师范学院 基于低相干光干涉法的透镜中心厚度的非接触测量方法
JP6959211B2 (ja) * 2018-11-09 2021-11-02 株式会社神戸製鋼所 酸化膜厚測定装置および該方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0721405B2 (ja) * 1985-03-01 1995-03-08 株式会社日立製作所 フーリェ変換方式赤外線膜厚測定方法
IT1184100B (it) * 1985-04-23 1987-10-22 Cselt Centro Studi Lab Telecom Ellissometro interferometrico statico
NL194893C (nl) * 1992-12-31 2003-06-04 Univ Delft Tech Zeeman-ellipsometer.
US5548404A (en) * 1994-09-23 1996-08-20 Sunshine Medical Instruments, Inc. Multiple wavelength polarization-modulated ellipsometer with phase-generated carrier
DE19943312A1 (de) * 1999-09-10 2001-03-15 Haverkamp Mark Vorrichtung und Verfahren zur on-line-Dickenmessung transparenter Schichten/ Medien durch Transmissions-Ellipsometrie

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2009080756A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009080756A1 (de) 2009-07-02
DE102007062052A1 (de) 2009-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69208413T2 (de) Gerät zur automatischen Prüfung von Photomaske
DE10320658B4 (de) Polarisationszustandserfassungssystem, Lichtquelle und Belichtungsgerät
DE69423936T2 (de) Messungen der Krümmung und von Stufenversetzungslinien in Halbleiterprozessen
DE2533906A1 (de) Beruehrungslose oberflaechen-pruefvorrichtung
DE102017009099B4 (de) Phasenverschiebungs-interferometer und formmessverfahren
DE19626261A1 (de) Beobachtungsvorrichtung
DE69719427T2 (de) Optische Vorrichtung zur schnellen Defektanalyse
DE2851750B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Ebenheit der Rauhigkeit oder des Kruemmungsradius einer Messflaeche
DE102005035700A1 (de) Messvorrichtung und Verfahren zur Bestimmung von Relativpositionen eines in mindestens eine Richtung bewegbar angeordneten Positioniertischs
EP4004486B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur messung von höhenprofilen an einem objekt
WO1993011403A1 (de) Optischer abstandssensor
EP2225531A1 (de) Schichtdickenmessung an transparenten schichten
DE112017001913T5 (de) Vorrichtung und verfahren zur messung von eigenschaften in einer tsv-struktur unter verwendung von strahlprofilreflektometrie
EP1468301A1 (de) Verfahren und einrichtung zum optischen testen von halbleiterbauelementen
DE112018006245T5 (de) Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung
DE10136197A1 (de) Verfahren und Gerät zur Messung der Dicke eines Testobjekts
EP3477252A1 (de) Anordnung zur erfassung des oberflächenprofils einer objektoberfläche mittels interferometrischer abstandsmessung
DE69418505T2 (de) Verfahren und Apparat zur Orientierungsbestimmung von Papierfasern
DE112020002180T5 (de) Normaleinfall-phasenverschiebungs-deflektometrie-sensor, -system und - verfahren zum prüfen einer oberfläche einer probe
DE69224060T2 (de) Verfahren und Gerät zur Inspektion
DE102022121587A1 (de) Heterodyne lichtquelle zur verwendung in metrologiesystem
DE4233336C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Detektion von Fokusablagen
DE112020005233B4 (de) Messgerät mit heterodynem gitter und messverfahren
EP0485728A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Wegänderung von Strahlen, vorzugsweise Lichtstrahlen
DE4423288B4 (de) Anordnung zum Messen der Dicke einer transparenten Beschichtung auf einem Druckerzeugnis

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20100602

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA MK RS

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20120803

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R003

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN REFUSED

18R Application refused

Effective date: 20130121