EP2839268A1 - Inspektionsanordnung - Google Patents

Inspektionsanordnung

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Publication number
EP2839268A1
EP2839268A1 EP13716757.3A EP13716757A EP2839268A1 EP 2839268 A1 EP2839268 A1 EP 2839268A1 EP 13716757 A EP13716757 A EP 13716757A EP 2839268 A1 EP2839268 A1 EP 2839268A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
detector
examined
inspection
radiation
arrangement
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.)
Withdrawn
Application number
EP13716757.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Srocka
Ralf LANGHANS
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.)
Unity Semiconductor GmbH
Original Assignee
HSEB Dresden GmbH
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 HSEB Dresden GmbH filed Critical HSEB Dresden GmbH
Publication of EP2839268A1 publication Critical patent/EP2839268A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/9501—Semiconductor wafers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211—Ellipsometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/062—LED's

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for examining an at least partially reflecting surface of a wafer or other object containing
  • (C) a measuring arrangement for determining the distance and / or the inclination of the surface to the inspection assembly.
  • the invention further relates to an inspection method for examining an at least partially reflecting surface of a wafer or other object with an inspection arrangement arranged at a distance in front of the surface to be examined, in which the distance and / or the inclination of the surface to the inspection arrangement is determined.
  • wafers are slices of semiconductor, glass, foil or ceramic materials.
  • the surface layer of the Specimen is determined in particular by its height and inclination. The term height is understood here as the distance to the inspection system.
  • Production control and quality inspection require accurate knowledge of the layers and surfaces produced.
  • Various inspection procedures are used.
  • the inspection procedures measure the material and structure parameters as well as the layer properties of the top or several top layers.
  • a number of these methods require very precise control of the distance of the surface from the inspection system and the inclination of the surface at the inspection site against characteristic axes of the inspection system.
  • Examples of methods that process information about the distance and inclination of the sample to the measuring head are ellipsometry, scatterometry, reflectometry, optical inspection, other electromagnetic radiation inspection and ultrasonic sensors.
  • the measurement signals generated by these methods depend not only on the actual measured variable but also on the two mentioned external parameters. All methods require an even sample relative to the normal axis of the inspection system.
  • the requirements for the inclination for ellipsometry, reflectometry and scatterometry are particularly high.
  • the procedures immediately above the inspection site require a lot of space for the inspection equipment.
  • optics with large opening angles are used, which already require large diameters close to the sample surface.
  • the spatial conditions limit the possibilities for determining the distance and inclination of the sample at the point of inspection.
  • scatterometry the response signal of a light beam irradiated at different angles is analyzed. Additionally or alternatively, light of different wavelengths can be used. By a model calculation, the structure parameters are matched with the response signal.
  • the measurements require the use of large aperture optics for good resolution and reproducibility. This means that the light is radiated as flat as possible inclined to the sample surface. Devices for accurately determining the distance from the sample as well as the slope also require a large aperture. The arrangements can usually not be made or only with impairment of the measurement in the same optics as the measuring optics.
  • Autofocus systems which image one or more laser beams through the observation lens of the inspection system or an additional lens on the sample.
  • the radiation is arranged outside the optical axis. They are reflected on the surface of the sample and passed through the same objective lens back to a spatially resolved detector.
  • a spatially resolving detector is for example a CCD line.
  • the returning radiation then runs corresponding mirror-symmetrical to the optical lens axis.
  • they generate a signal at a defined position.
  • a specific position corresponds exactly to the focal position defined by the distance between the objective and the sample surface, at which the sample lies in the focus of the optics. A different distance leads to a corresponding shift of the signal on the CCD line.
  • the focus position can be readjusted.
  • the mirrored line pattern is analyzed for its contrast. The position with the highest contrast indicates the focus position.
  • the radiation is guided through the imaging optics of the inspection system. It is therefore necessary to turn on and off additional elements in the beam path. The elements can disturb the actual measurement.
  • the radiation source and the detector are located outside the area between the inspection device and the surface to be inspected required for the inspection.
  • the arrangement according to the invention is based on the recognition that the position of the beam reflected on the surface changes on the detector when the surface of the object is tilted or the height is changed.
  • the detector detects the beam in an area with a greater distance to the surface when the sample is raised or tilted in the direction of the radiation source. If the sample is lowered or tilted in the direction of the detector, the detected beam moves on the Detector surface, however, in the direction of the surface to be examined. If the sample is tilted to the left around the projected axis of the radiation source - detector connection line, the beam on the detector also moves to the left. The same applies to inclination to the right.
  • the position of the beam reflected on the surface to be examined on the detector is thus a measure of the distance or inclination of the surface to be examined.
  • suitable calibration absolute values can be determined.
  • the method makes use of the possibility to measure with remote devices, namely radiation source and detector close to the inspection point.
  • remote devices namely radiation source and detector close to the inspection point.
  • two radiation sources are provided at different positions, each with an associated detector.
  • the radiation sources with the associated detector can be arranged in particular in a crossed arrangement to each other.
  • the use of two independent measurements allows the simultaneous determination of the height and inclination of the surface of the object.
  • the angle formed by the two beam paths can be, for example, a right angle.
  • the radiation sources each radiate a collimated beam at a shallow angle to the surface to be examined.
  • the point of impact is chosen so that the appearance of the inspection system is not disturbed in its tasks.
  • the impact point is therefore preferably slightly off the current inspection site. It is neither necessary for the idea of the invention that both beams strike the surface to be examined at the same point.
  • the irradiation angles do not have to be identical either.
  • the rays are reflected at the surface to be examined.
  • the reflected beams are detected by the associated detectors.
  • a beam reflected from an elevationally displaced or inclined surface will strike at one another location of the spatially resolving detector and thus signals the changed position of the surface to be examined.
  • any inclination of the sample will always lead to a lateral offset of the impact point on at least one of the two detectors. This is because the two projected connection lines radiation source detector each define a theoretical axis of rotation. Since these two axes of rotation are not parallel to one another due to the angled arrangement, the sample can not produce any lateral deflection of the reflected beam with respect to both axes unless it is aligned exactly horizontally.
  • Means may be provided for determining the height and / or inclination of the surface to be examined from the position of the reflected beam on the detector.
  • these means may comprise a computer which calculates absolute values from the measured values.
  • the distance between a point on the surface to be examined and a defined point on the inspection arrangement can be determined by means of a suitable computer program or by comparison with a calibration curve. It can be determined in a similar manner, the inclination of the surface to be examined against the horizontal or the like.
  • the holder or object may be movably disposed in the holder, and the inclination and / or height of the surface to be examined may be adjustable, such that a desired value of the position of the reflected beam on the detector is reached. For some applications an absolute determination of the height or inclination is not necessary. It is sufficient if the position of the surface is regulated to a nominal value. This setpoint can be defined by a point on the detector surface or the detector surfaces. The position of the object is then tracked so that the setpoint is maintained during the inspection.
  • the angle at which the radiation from the radiation source is directed onto the surface to be examined is in the range of 45 ° to 85 ° to the surface normal to the surface to be examined.
  • the beam hits very flat - for example almost horizontal - on a horizontal surface.
  • Radiation sources and detectors can be placed outside of this gap and do not disturb the actual inspection of the surface.
  • the radiation source can be designed differently depending on the application and depending on the economic efficiency. It can be formed by a laser with a well-collimated beam, for example a laser diode or by a LED provided with a co-optics, or by a radiation source with an extended wavelength spectrum with which interferences to recurring structures of the surface to be examined can be detected.
  • the diffraction of the beam at this lattice and the resulting splitting into partial beams of the diffraction orders must be taken into account. This can be achieved by various measures.
  • a white light source or a source with a sufficiently broad wavelength spectrum can be used instead of a monochromatic light.
  • an intensity distribution is generated on the detector in the form of an interferogram. The highest maximum is formed by the zeroth order of diffraction, since all colors of the light contribute here.
  • the other maxima of the diffraction are for each wavelength at a different location on the detector and therefore form a total more or less flat background.
  • the detector may be formed by a charge-coupled device (CCD), a CMOS, or other high spatial resolution area detector, or the detector includes position sensitive photodiodes or quadrant diodes.
  • CCD charge-coupled device
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • the detectors used are preferably electro-optical surface cameras which record a high-resolution image of the reflected beam profile corresponding to the respective application requirement. By known image processing algorithms can determine the focus of the recorded beam image and read so the local position of the beam center very accurately.
  • Quadrant diodes are an array of four photodiodes.
  • Position-sensitive photodiodes are large-area photodiodes in which the center of gravity of the signal is determined by a generated voltage difference of the signals picked up at the edges of the active surface.
  • a retroreflector a retroreflective sheeting or another reflector
  • the radiation generated by the radiation source can be conducted repeatedly over the surface to be examined.
  • two or three reflective surfaces or a totally reflecting prism may be provided. This can increase the resolution of the arrangement.
  • the retroreflector is placed on the opposite side of the radiation source. Retroreflectors are arrangements of two or three reflective surfaces that reflect incoming light in its direction of incidence. In contrast to simple reflectors, such as a plane mirror, a parallel offset is generated.
  • the reflecting surfaces can be formed by mirrors as well as by prisms with total reflection. The reflective surfaces are usually perpendicular to each other.
  • a retroreflector with only two surfaces acts retroreflective only in one plane perpendicular to the two mirror planes.
  • the reflective surfaces are arranged in the form of a cube corner.
  • the surfaces produce retroreflection over the entire range of angles of incidence.
  • a two-plane retroreflector can be effectively used as long as the mirror surfaces are aligned perpendicular to the vertical plane of the emitted beam from the radiation source.
  • the rays After the first reflection on the sample, the rays still have a comparatively small distance. If the rays are now directed back to the surface to be examined with the retroreflector and reflected there again, the returning rays at the detector are at a greater distance. The sensitivity of the arrangement was thus doubled compared to simple reflection. It is understood that additional retroreflectors can be used to form the test beam to send back and forth several times and thus to reflect several times on the surface to be examined. This further increases the resolution. It is not necessary that the reflection sites on the surface to be examined are identical. The reflection locations can be selected in a targeted manner by choosing angles deviating from 90 ° between the mirror surfaces of the retroreflector.
  • the detector surface is arranged such that the detected radiation forms an angle with the surface normal of the detector surface.
  • the resolution and thus the sensitivity of the arrangement can be further increased.
  • the flatter the reflected beam falls on the detector surface the more the altitude signal or the signal of the inclination of the sample is amplified.
  • the beam profile is suitably adapted by suitable optics at the radiation source.
  • the radiation source generates polarized light and an analyzer is arranged in front of the detector.
  • Modulation means may also be provided for modulating the intensity of the radiation source.
  • the arrangement, in particular the inspection measurement less sensitive to stray light can be made and corrected against external influences.
  • Such techniques are known in the art of reflection light scanners and may also be combined with the present method.
  • the assembly may be utilized in an inspection method for inspecting an at least partially reflective surface of a wafer or other object with an inspection assembly spaced apart in the area in front of the surface to be inspected, wherein the distance and / or inclination of the surface to the inspection assembly is determined by the steps
  • Fig.l is a schematic side view of an inspection assembly with an object to be examined, in which the effects of a height offset are illustrated.
  • FIG. 2 is a plan view of the arrangement of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a plan view of the arrangement of FIG. 1.
  • FIG. 3 shows the arrangement from FIG. 1, in which the effects of an inclination of the object to be examined are illustrated.
  • 4 shows an arrangement similar to that in Figure 1, in which with a
  • Figure 5 shows an arrangement similar to that in Figure 1, in which by tilting the
  • the inspection assembly 10 utilizes one of the methods ellipsometry, scatterometry, reflectometry, optical inspection, other electromagnetic radiation inspection, and ultrasonic sensor technology. However, the inspection arrangement can also use a photolithographic method.
  • the wafer 12 rests on a holder, not shown. The holder is designed such that the wafer can thus be moved in height and in terms of inclination and equipped with a suitable motion control.
  • the wafer 12 and any other object to be inspected is generally a flat disk having a relatively planar surface 14.
  • a distance between the surface 14 and a selected plane of the inspection assembly 10 can be well defined. This corresponds in the present arrangement with horizontally arranged wafer to the height of the wafer.
  • the inclination of the surface 14 can be defined, for example, with respect to the horizontal.
  • the above-mentioned methods of inspection assembly are sensitive to the height and inclination of the wafer.
  • a measuring arrangement for determining the height and the inclination of the surface is provided.
  • the measuring arrangement comprises a diode laser 18 as a radiation source.
  • the diode laser 18 emits a well-collimated laser beam 20.
  • the laser beam 20 strikes the surface 14 of the wafer 12 at a shallow angle.
  • the angle ⁇ of the laser beam with respect to the surface normal of the surface 14 is approximately 80 °. It can be seen that the beam 20 passes well through the gap 16 between the inspection assembly 10 and the wafer surface 14 at this angle.
  • the laser diode 18 with the associated control and supply devices is arranged far outside the region 16.
  • the wafer surface 14 is reflective.
  • the laser beam 20 is therefore reflected at a point 22 on the surface 14.
  • the impact point on the sample is chosen so that the inspection assembly 10 is not disturbed in its tasks, i. slightly off the current inspection site.
  • the reflected beam, designated 24, impinges outside the region 16 on a CCD camera 26 having a plurality of pixels arranged in rows and columns.
  • the reflected laser beam 24 strikes the CCD camera 26 approximately centrally. This point is denoted by 28 and describes a target position for the impact position.
  • FIG. 1 illustrates the case in which the distance is slightly greater and the wafer occupies the position designated by 30. It can be seen that the laser beam 20 impinges on the wafer surface 14 only at point 32. The dashed illustrated, reflected beam 34 then hits the point 36 on the detector. From the deviation of the actual position at the point 36 and the desired position at the point 28, the deviation from the focus position of the wafer 12 can now be determined. In the present embodiment, the holder controlled so that the wafer assumes its desired position and the tracking beam 24 impinges at the point 28 on the detector 26.
  • Figure 2 shows a plan view of the arrangement of Figure 1. It can be seen that two diode lasers 18 and 38 are provided with the associated CCD cameras 26 and 40. The diode lasers 18 and 38 are arranged such that the laser beams 20 and 42 cross each other in the measuring range. It is not necessary for both beams to hit the wafer surface at the same point, nor must the angles of incidence be exactly the same. By using two laser beams 20 and 42, the inclination of the wafer surface 14 can be detected in addition to the distance.
  • the wafer surface 14 is inclined about an axis which corresponds to the projection of the connecting axis between the laser diode 38 and the CCD camera 40 on the wafer surface 14. This is represented by an arrow 44. Due to the inclination both laser beams are deflected in different ways. The deviation from the nominal value is greater at the detector 40 than at the detector 26. From the deflection, the inclination relative to the horizontal can be determined. As with the distance, the holder can be controlled such that the wafer assumes a desired position.
  • FIG. 3 shows the case of a wafer 58 inclined to a horizontal wafer 12 from the side.
  • the inclined wafer 58 is shown in dashed lines. It will be appreciated that while the laser beam 20 is reflected at the same location 22 on the wafer surface 14, but at a different angle. This causes the deflected beam 50 to impinge further up the detector 26. A tilt in the other direction correspondingly causes the beam 50 to impinge further down the detector 26.
  • Figure 4 shows an arrangement according to an alternative embodiment with increased resolution.
  • the arrangement is identical to the arrangement of Figure 1.
  • the detector 126 is not disposed opposite to the radiation source 118, but on the same side.
  • the beam 120 generated by the laser diode 118 is reflected at the wafer surface 122 at point 124.
  • the reflected beam 126 hits a retroreflector 128 with two plane mirrors. There, the beam 126 is offset reflected back.
  • the back-reflected beam 130 again strikes the wafer surface 122 at point 132.
  • the point 132 is at a different location than the point 124 due to the beam offset.
  • the beam 134 reflected from the wafer surface eventually strikes the detector 126 at point 136.
  • the beam path changes.
  • the wafer surface with a greater distance is shown by dashed lines in FIG. 4 and denoted by 138. It can be seen that the beam 120 is reflected at another point on the wafer surface, namely at 140. After passing through the retroreflector 128, the beam 142 hits the wafer again and at point 144 the detector. It is easily understood that the offset produced by the change in distance of the impact point 136 on the detector with retroreflector 128 is greater than without. In this way, the resolution of the measuring arrangement and thus the sensitivity is increased.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment in which the sensitivity of the arrangement was increased by tilting the detector 226 such that there is an angle between the surface normal of the detector surface and the incident beam 228.
  • the distance between the points of impact at the detector between the beams 224 and 228 when the detector is inclined - here denoted 230 - is greater than the distance 232 in the vertically arranged detector 26 shown in dashed lines. Since the image of the beam 220 or 228 causes an increase in the ellipticity of the beam profile on an inclined detector surface, a suitable optics for beam adjustment is provided in front of the laser diode (not shown).

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Abstract

Eine Anordnung zum Untersuchen einer zumindest teilweise reflektierenden Oberfläche eines Wafers oder anderen Objekte, enthaltend einen Halter zum Halten des Objekts; eine im Bereich vor der zu untersuchenden Oberfläche beabstandet angeordnete Inspektionsanordnung; und eine Messanordnung zur Bestimmung des Abstands und/oder der Neigung der Oberfläche zur Inspektionsanordnung; gekennzeichnet durch eine Strahlungsquelle, deren Strahlung unter einem Winkel auf die zu untersuchende Oberfläche gelenkt wird; und einen ortsauflösenden Detektor zur Aufnahme der von der zu untersuchenden Oberfläche reflektierten Strahlung aus der Strahlungsquelle, wobei die Strahlungsquelle und der Detektor außerhalb des für die Inspektion erforderlichen Bereichs zwischen Inspektionsanordnung und zu untersuchender Oberfläche angeordnet sind.

Description

Inspektionsanordnung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Untersuchen einer zumindest teilweise reflektierenden Oberfläche eines Wafers oder anderen Objekts, enthaltend
(a) einen Halter zum Halten des Objekts;
(b) eine im Bereich vor der zu untersuchenden Oberfläche beabstandet angeordnete Inspektionsanordnung; und
(c) eine Messanordnung zur Bestimmung des Abstands und/oder der Neigung der Oberfläche zur Inspektionsanordnung.
Die Erfindung betrifft ferner ein Inspektionsverfahren zum Untersuchen einer zumindest teilweise reflektierenden Oberfläche eines Wafers oder anderen Objekts mit einer im Bereich vor der zu untersuchenden Oberfläche beabstandet angeordneten Inspektionsanordnung, bei dem der Abstand und/oder die Neigung der Oberfläche zur Inspektionsanordnung bestimmt wird.
In verschiedenen Industriezweigen werden flächige Produkte mit optischen Verfahren auf ihre Eigenschaften untersucht. In der Halbleiter- und Solarzellenindustrie sind dies unter anderem Wafer. Wafer sind Scheiben aus Halbleiter-, Glas-, Folien- oder Keramikmaterialien. In verschiedenen Inspektionsschritten ist die genaue Bestimmung der Oberflächenlage der Probe wichtig für die korrekte Ausführung der eigentlichen Inspektion und die korrekte Interpretation der Messergebnisse. Die Oberflächenlage der Probe wird insbesondere durch ihre Höhe und ihre Neigung bestimmt. Unter dem Begriff Höhe wird hier der Abstand zum Inspektionssystem verstanden.
Für die Fertigungskontrolle und die Qualitätsprüfung sind genaue Kenntnisse über die erzeugten Schichten und Oberflächen erforderlich. Dabei werden verschiedene Inspektionsverfahren eingesetzt. Mit den Inspektionsverfahren werden Material- und Strukturparameter sowie Schichteigenschaften der obersten oder mehrerer oberer Schichten gemessen werden. Eine Reihe dieser Verfahren benötigt eine sehr genaue Kontrolle des Abstandes der Oberfläche vom Inspektionssystem und der Neigung der Oberfläche am Inspektionsort gegenüber charakteristischen Achsen des Inspektionssystems .
Beispiele für Verfahren, die Informationen über Abstand und Neigung der Probe zum Messkopf verarbeiten, sind Ellipsometrie, Scatterometrie, Reflektometrie, optische Inspektion, Inspektion mit anderer elektromagnetischer Strahlung und Ultraschallsensorik. Die von diesen Verfahren generierten Messsignale hängen neben der eigentlichen Messgröße auch von den zwei genannten äußeren Parametern ab. Alle Verfahren benötigen eine eben liegende Probe relativ zur Normalenachse des Inspektionssystems. Dabei sind die Anforderungen an die Neigung für die Ellipsometrie, Reflektometrie und Scatterometrie besonders hoch. In der Regel erfordern die Verfahren unmittelbar über dem Inspektionsort sehr viel Raum für die Inspektionsapparatur. Insbesondere kommen Optiken mit großen Öffnungswinkeln zum Einsatz, welche dicht an der Probenoberfläche bereits große Durchmesser benötigen. Die räumlichen Bedingungen beschränken die Möglichkeiten zum Bestimmen des Abstands sowie der Neigung der Probe am Inspektionsort.
Stand der Technik
Es ist bekannt, ellipsometrische Messungen zur zerstörungsfreien Schichtanalyse durchzuführen. Die Probe wird dabei mit polarisiertem Licht beleuchtet. Das Licht wird an den Grenzflächen zwischen den Schichten reflektiert oder transmittiert und anschließend detektiert. Die Eigenschaften der Schichten werden über die Änderung des Polarisationszustandes des detektierten Lichtes bestimmt. Diese Messwerte sind stark von der Fokuslage und der Neigung der Oberfläche der Probe abhängig.
Zur Untersuchung von Struktureigenschaften wird die Scatterometrie verwandt. Bei der Scatterometrie wird das Antwortsignal eines unter verschiedenen Winkeln eingestrahlten Lichtstrahls analysiert. Zusätzlich oder alternativ kann Licht verschiedener Wellenlängen eingesetzt werden. Durch eine Modellrechnung werden die Strukturparameter mit dem Antwortsignal zur Übereinstimmung gebracht.
Die Messungen erfordern für eine gute Auflösung und Reproduzierbarkeit den Einsatz von Optiken mit großer Apertur. Das bedeutet, dass das Licht möglichst flach geneigt zur Probenoberfläche eingestrahlt wird. Vorrichtungen zur genauen Bestimmung des Abstandes von der Probe sowie der Neigung erfordern ebenfalls eine große Apertur. Die Anordnungen können gewöhnlich nicht oder nur mit Beeinträchtigung der Messung in derselben Optik wie die Messoptik erfolgen.
Bekannt sind Autofokus-Systeme, die einen oder mehrere Laserstrahlen durch das Beobachtungsobjektiv des Inspektionssystems oder ein zusätzliches Objektiv auf die Probe abbilden. Die Strahlung wird dabei außerhalb der optischen Achse angeordnet. Sie werden auf der Probenoberfläche reflektiert und durch dieselbe Objektivoptik zurück auf einen ortsauflösenden Detektor geleitet. Ein solcher ortsauflösender Detektor ist beispielsweise eine CCD-Zeile. Die rücklaufende Strahlung verläuft dann entsprechend spiegelsymmetrisch zur optischen Objektivachse. Am Detektor erzeugen sie ein Signal an einer definierten Position. Eine bestimmte Position entspricht genau der Fokuslage definiert durch den Abstand zwischen Objektiv und Probenoberfläche, bei der die Probe im Fokus der Optik liegt. Ein abweichender Abstand führt zu einer entsprechenden Verschiebung des Signals auf der CCD-Zeile. Die Fokuslage kann gezielt nachgeregelt werden.
Bekannt sind weiterhin Systeme, die ein Linienmuster auf die Probe abbilden und die rücklaufenden Strahlen auf einer schräg gestellten Detektorfläche empfangen. Das gespiegelte Linienmuster wird hinsichtlich seines Kontrastes analysiert. Die Position mit dem höchsten Kontrast gibt die Fokuslage an. Bei beiden Verfahren wird die Strahlung durch die Abbildungsoptik des Inspektionssystems geführt. Es ist daher erforderlich zusätzliche Elemente in den Strahlengang ein- und wieder auszublenden. Die Elemente können die eigentliche Messung stören.
In einem Eilipsometer ist nach den bekannten Verfahren eine zusätzliche Optik zu den EUipsometerarmen erforderlich. Diese Optik benötigt ebenfalls eine hohe Apertur und entsprechenden Raum unmittelbar über dem Messort. Das beschränkt die Bestimmung der Lage der Probenoberfläche.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welche mit einfachen Mitteln Neigungs- und Höhenunterschiede bei der Inspektion von Oberflächen berücksichtigen ohne die Inspektion zu stören.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch
(d) eine Strahlungsquelle, deren Strahlung unter einem Winkel auf die zu untersuchende Oberfläche gelenkt wird; und
(e) einen ortsauflösenden Detektor zur Aufnahme der von der zu untersuchenden Oberfläche reflektierten Strahlung aus der Strahlungsquelle, wobei
(f) die Strahlungsquelle und der Detektor außerhalb des für die Inspektion erforderlichen Bereichs zwischen Inspektionsanordnung und zu untersuchender Oberfläche angeordnet sind.
Die erfindungsgemäße Anordnung beruht auf der Erkenntnis, dass sich die Position des an der Oberfläche reflektierten Strahls auf dem Detektor verändert, wenn die Oberfläche des Objekts geneigt oder die Höhe verändert wird. Beispielsweise detektiert der Detektor den Strahl in einem Bereich mit größerem Abstand zur Oberfläche, wenn die Probe angehoben oder in Richtung der Strahlungsquelle geneigt wird. Wird die Probe gesenkt oder in Richtung des Detektors geneigt, bewegt sich der detektierte Strahl auf der Detektoroberfläche hingegen in Richtung der zu untersuchenden Oberfläche. Wird die Probe um die projizierte Achse der Verbindungslinie Strahlungsquelle - Detektor nach links geneigt, wandert der Strahl auf dem Detektor ebenfalls nach links. Analoges gilt bei Neigung nach rechts.
Die Lage des an der zu untersuchenden Oberfläche reflektierten Strahls auf dem Detektor ist also ein Maß für den Abstand oder die Neigung der zu untersuchenden Oberfläche. Durch geeignete Kalibrierung können Absolutwerte ermittelt werden. Das Verfahren nutzt die Möglichkeit mit entfernten Geräten, nämlich Strahlungsquelle und Detektor dennoch nah am Inspektionspunkt zu messen. Zwischen der Inspektionsanordnung und der zu untersuchenden Oberfläche befindet sich ein Bereich, der für die Inspektion erforderlich ist. Beispielsweise wird Strahlung durch diesen Bereich geleitet. Erfindungsgemäß werden keine Einrichtungen in diesem Bereich angeordnet. Sowohl die Strahlungsquelle, als auch der Detektor werden außerhalb dieses Bereichs angeordnet.
Vorzugsweise sind zwei Strahlungsquellen an unterschiedlichen Positionen mit jeweils einem zugehörigen Detektor vorgesehen. Die Strahlungsquellen mit dem zugehörigen Detektor können insbesondere in gekreuzter Anordnung zueinander angeordnet sein. Die Verwendung von zwei unabhängigen Messungen erlaubt die gleichzeitige Bestimmung der Höhe und der Neigung der Oberfläche des Objekts. Der Winkel, den die beiden Strahlengänge bilden kann beispielsweise ein rechter Winkel sein. Die Strahlungsquellen strahlen jeweils einen kollimierten Strahl unter flachem Winkel auf die zu untersuchende Oberfläche. Der Auftreffpunkt wird so gewählt, dass die Optik des Inspektionssystems nicht in ihren Aufgaben gestört wird. Der Auftreffpunkt liegt also vorzugsweise geringfügig abseits des aktuellen Inspektionsortes. Es ist für den Erfindungsgedanken weder erforderlich, dass beide Strahlen im selben Punkt auf die zu untersuchende Oberfläche treffen. Auch die Einstrahlungswinkel müssen nicht identisch sein. Die Strahlen werden an der zu untersuchenden Oberfläche reflektiert. Die reflektierten Strahlen werden von den zugehörigen Detektoren detektiert. Ein von einer in der Höhe verschobenen oder geneigten Oberfläche reflektierter Strahl trifft an einer anderen Stelle des ortsauflösenden Detektors auf und signalisiert so die veränderte Lage der zu untersuchenden Oberfläche.
Aus den beiden Positionen der Strahlauftreffpunkte auf den Detektoren lassen sich die Effekte Höhenveränderung der zu untersuchenden Oberfläche und die Neigung eindeutig voneinander trennen. Eine ausschließliche Höhenveränderung liegt dann vor, wenn auf beiden Detektoren die Strahlauftreffpunkte auf der Schnittlinie der Detektorebene mit der den ausgesendeten Strahl enthaltenden senkrechten Ebene liegen. Liegen sie beide über dem normalen Auftreffpunkt, ist die Oberfläche zu hoch. Liegen sie darunter, ist die Oberfläche zu tief.
Da die beiden Strahlungsquelle-Detektor-Paare zueinander in einem Winkel angeordnet sind, wird jede Neigung der Probe immer zu einem seitlichen Versatz des Auftreffpunktes auf mindestens einem der beiden Detektoren führen. Dies kommt daher, dass die beiden projizierten Verbindungslinien Strahlungsquelle-Detektor jeweils eine theoretische Rotationsachse definieren. Da diese beiden Rotationsachsen aufgrund der gewinkelten Anordnung nicht parallel zueinander verlaufen, kann die Probe nur dann bezüglich beider Achsen keine seitliche Auslenkung des reflektierten Strahls erzeugen, wenn sie genau horizontal ausgerichtet ist.
Es können Mittel zur Bestimmung der Höhe und/oder Neigung der zu untersuchenden Oberfläche aus der Lage des reflektierten Strahls auf dem Detektor vorgesehen sein. Diese Mittel können beispielsweise einen Computer umfassen, welcher aus den Messwerten absolute Werte berechnet. Dabei kann beispielsweise der Abstand zwischen einem Punkt auf der zu untersuchenden Oberfläche und einem definierten Punkt an der Inspektionsanordnung mit Hilfe eines geeigneten Computerprogramms oder durch Vergleich mit einer Kalibrierkurve bestimmt werden. Es kann auf ähnliche Weise auch die Neigung der zu untersuchenden Oberfläche gegenüber der Horizontalen oder dergleichen bestimmt werden.
Zusätzlich oder stattdessen kann der Halter oder das Objekt in dem Halter beweglich angeordnet sein und die Neigung und/oder Höhe der zu untersuchenden Oberfläche kann einstellbar sein, so dass ein Sollwert der Lage des reflektierten Strahls auf dem Detektor erreicht wird. Für einige Anwendungen ist eine Absolutbestimmung der Höhe oder der Neigung gar nicht erforderlich. Es ist ausreichend, wenn die Lage der Oberfläche auf einen Sollwert geregelt wird. Dieser Sollwert kann durch einen Punkt auf der Detektoroberfläche bzw. den Detektoroberflächen definiert werden. Die Lage des Objekts wird dann so nachgeführt, dass der Sollwert während der Inspektion eingehalten wird.
Vorzugsweise liegt der Winkel unter dem die Strahlung aus der Strahlungsquelle auf die zu untersuchende Oberfläche gelenkt wird, im Bereich von 45° bis 85° zur Flächennormale auf die zu untersuchende Oberfläche. Mit anderen Worten: der Strahl trifft sehr flach - beispielsweise fast horizontal - auf eine horizontale Oberfläche. Dann passt die Strahlführung in den Zwischenraum zwischen der Inspektionsanordnung und der zu untersuchenden Oberfläche. Strahlungsquellen und Detektoren können außerhalb dieses Zwischenraums angeordnet werden und stören die eigentliche Inspektion der Oberfläche nicht.
Die Strahlungsquelle kann anwendungsabhängig und abhängig von der Wirtschaftlichkeit verschieden ausgebildet sein. Sie kann von einem Laser mit gut kollimiertem Strahl, zum Beispiel einer Laserdiode oder von einer mit einer KoUimationsoptik versehenen LED gebildet sein oder von einer Strahlungsquelle mit ausgedehntem Wellenlängenspektrum, mit welchem Interferenzen an wiederkehrenden Strukturen der zu untersuchenden Oberfläche detektierbar sind.
Sind auf der zu untersuchenden Oberfläche regelmäßige Gitterstrukturen vorhanden, muss die Beugung des Strahls an diesem Gitter und die daraus resultierende Aufspaltung in Teilstrahlen der Beugungsordnungen beachtet werden. Man kann dies durch verschiedene Maßnahmen erreichen. Zum einen kann anstelle eines monochromatischen Lichtes eine Weißlichtquelle oder eine Quelle mit einem hinreichend breiten Wellenlängenspektrum eingesetzt werden. Dann wird eine Intensitätsverteilung auf dem Detektor in Form eines Interferogramms erzeugt. Das höchste Maximum wird durch die nullte Beugungsordnung gebildet, da hier alle Farben des Lichtes beitragen. Die anderen Maxima der Beugung liegen für jede Wellenlänge an einem anderen Ort auf dem Detektor und bilden daher insgesamt einen mehr oder weniger flachen Hintergrund. Zum anderen kann man auch bei einer monochromatischen Quelle nach dem Maximum mit der höchsten Intensität suchen, da dieses immer durch die nullte Beugungsordnung erzeugt wird. Die höheren Beugungsordnungen liegen symmetrisch um die nullte Ordnung und weisen je nach Struktur der Gitteranordnung geringere Intensitäten auf.
Benutzt man für die Anordnung einen Laser, ist es vorteilhaft, auf die Astigmatismuskorrektur zu verzichten und stattdessen den Strahl transversal so auszurichten, dass die große Halbachse der Strahlellipse quer zur Einfallsebene auf der Probe steht. Durch den flachen Einstrahlungswinkel wird die kleine Halbachse im Auftreffpunkt gestreckt. Dadurch verlässt der Strahl die zu untersuchende Oberfläche nach der Reflexion mit deutlich geringerer Elliptizität.
Es ist vorteilhaft, wenn der vom auftreffenden Strahl beleuchtete Teil der zu untersuchenden Oberfläche groß genug ist, um eine über eventuelle Strukturen der zu untersuchenden Oberfläche gemittelte Reflexion zu erfahren. Damit werden die Effekte von Unebenheiten reduziert. Das Verhältnis von beleuchteter Fläche zur Strukturgröße lässt sich leicht durch die Kollimation und den Abstand zwischen Strahlungsquelle und zu untersuchender Oberfläche einstellen. Der Detektor kann von einem Charge-Coupled-Device (CCD), einem CMOS, oder von einem anderen Flächendetektor mit hoher Ortsauflösung gebildet sein, oder der Detektor umfasst positionsempfindliche Photodioden oder Quadrantendioden. Die eingesetzten Detektoren sind vorzugsweise elektrooptische Flächenkameras, die ein der jeweiligen Einsatzanforderung entsprechend gewähltes hochauflösendes Bild des reflektierten Strahlprofils aufnehmen. Durch bekannte Bildverarbeitungsalgorithmen kann man den Schwerpunkt des aufgenommenen Strahlbildes ermitteln und so die lokale Lage des Strahlzentrums sehr genau ablesen. Es können alternativ auch einfachere Aufnahmesysteme wie z.B. Quadrantendioden oder positionsempfindliche Photodioden eingesetzt werden. Quadrantendioden sind eine Anordnung aus vier Photodioden. Positionsempfindliche Photodioden sind großflächige Photodioden, in denen der Schwerpunktsort des Signals durch eine erzeugte Spannungsdifferenz der an den Rändern der aktiven Fläche abgenommenen Signale ermittelt wird. Diese bekannten Detektoren haben alle den Zweck die Schwerpunktslage eines optischen Strahls zu ermitteln und lassen sich mit der erfindungsgemäßen Anordnung einsetzen. Die Empfindlichkeit der Anordnung bei der Bestimmung der Höhe und Neigung der zu untersuchenden Oberfläche hängt dabei jedoch wesentlich von der Ortsauflösung bei der Bestimmung des Strahlschwerpunktes ab.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Retrorefiektor, eine Retroreflexionsfolie oder ein anderer Reflektor vorgesehen, mit welchem die von der Strahlungsquelle erzeugte Strahlung mehrfach über die zu untersuchende Oberfläche leitbar ist. Als Retrorefiektor können zwei oder drei reflektierende Flächen oder ein totalreflektierendes Prisma vorgesehen sein. Dadurch lässt sich die Auflösung der Anordnung steigern. Der Retrorefiektor wird auf der gegenüberliegenden Seite der Strahlungsquelle angeordnet. Retroreflektoren sind Anordnungen von zwei oder drei reflektierenden Flächen, die ankommendes Licht in seine Einfallsrichtung reflektieren. Dabei wird im Gegensatz zu einfachen Reflektoren, wie etwa einem Planspiegel, ein paralleler Versatz erzeugt. Die reflektierenden Flächen können sowohl von Spiegeln als auch von Prismen mit Totalreflexion gebildet sein. Die reflektierenden Flächen stehen üblicherweise senkrecht aufeinander. Ein Retrorefiektor mit nur zwei Flächen wirkt lediglich in einer Ebene senkrecht zu den beiden Spiegelebenen retroreflektiv. Bei einem Retrorefiektor mit drei Flächen sind die reflektierenden Flächen in Form einer Würfelecke angeordnet. Dadurch erzeugen die Flächen Retroreflexion im gesamten räumlichen Einfallswinkelbereich. Für die Erhöhung der Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Anordnung ist bereits ein zweiflächiger Retrorefiektor effektiv einsetzbar, solange die Spiegelfächen senkrecht zur vertikalen Ebene des ausgesandten Strahls aus der Strahlungsquelle ausgerichtet sind.
Nach der ersten Reflexion an der Probe weisen die Strahlen noch einen vergleichsweise geringen Abstand auf. Werden die Strahlen nun mit dem Retrorefiektor zurück auf die zu untersuchende Oberfläche gelenkt und dort erneut reflektiert, so weisen die zurücklaufenden Strahlen am Detektor einen größeren Abstand auf. Die Empfindlichkeit der Anordnung wurde damit gegenüber der einfachen Reflexion verdoppelt. Es versteht sich, dass weitere Retroreflektoren eingesetzt werden können, um den Teststrahl mehrmals hin und her zu schicken und dadurch mehrmals an der zu untersuchenden Oberfläche zu spiegeln. Dadurch wird die Auflösung weiter erhöht. Es ist nicht erforderlich, dass die Reflexionsorte auf der zu untersuchenden Oberfläche identisch sind. Die Reflexionsorte lassen sich gezielt wählen, indem man von 90° abweichende Winkel zwischen den Spiegelflächen des Retroreflektors wählt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Detektoroberfläche derart angeordnet ist, dass die detektierte Strahlung einen Winkel mit der Flächennormale der Detektoroberfläche bildet. Dadurch kann die Auflösung und damit die Empfindlichkeit der Anordnung weiter gesteigert werden. Je flacher der reflektierte Strahl auf die Detektorfläche fällt, desto mehr wird das Höhenlagesignal bzw. das Signal der Neigung der Probe verstärkt. Da die Abbildung des Strahls auf einer geneigten Detektorfläche eine Erhöhung der Elliptizität des Strahlprofils nach sich zieht, ist es vorteilhaft, wenn das Strahlprofil durch geeignete Optiken an der Strahlungsquelle gezielt angepasst wird. Für eine zu der zu untersuchenden Oberfläche parallele Ausrichtung der Detektorfläche kann z.B. bei einem Einstrahlwinkel von 20° auf die zu untersuchende Oberfläche die Höhenauflösung gegenüber der Detektorflächenlage senkrecht zum reflektieren Strahl um einen Faktor 3 gesteigert werden. Bei 15° beträgt die Steigerung der Empfindlichkeit bereits einen Faktor 4.
Es kann vorgesehen sein, dass die Strahlungsquelle polarisiertes Licht erzeugt und ein Analysator vor dem Detektor angeordnet ist. Es können ebenfalls Modulationsmittel vorgesehen sein zur Modulation der Intensität der Strahlungsquelle. Dadurch kann die Anordnung insbesondere die Inspektionsmessung unempfindlicher gegen Streulicht gemacht werden und gegen Fremdeinflüsse korrigiert werden. Solche Verfahrensweisen sind aus der Technik von Reflexionslichttastern bekannt und können mit dem vorliegenden Verfahren ebenfalls kombiniert werden.
Bei der Ausführung des Aufbaus ist eine sehr steife Verbindung von Strahlungsquelle und Detektor sowie zum Inspektionssystem vorteilhaft. Man kann dies durch die Wahl entsprechend hoher Profilmaße erreichen. Die Anordnung kann genutzt werden in einem Inspektionsverfahren zum Untersuchen einer zumindest teilweise reflektierenden Oberfläche eines Wafers oder anderen Objekts mit einer im Bereich vor der zu untersuchenden Oberfläche beabstandet angeordneten Inspektionsanordnung, bei dem der Abstand und/oder die Neigung der Oberfläche zur Inspektionsanordnung bestimmt wird gekennzeichnet durch die Schritte
(a) Beleuchten der zu untersuchenden Oberfläche mit Strahlung aus einer Strahlungsquelle unter einem Winkel;
(b) Detektieren der von der zu untersuchenden Oberfläche reflektierten Strahlung aus der Strahlungsquelle mit einem ortsauflösenden Detektor; wobei die Strahlungsquelle und der Detektor außerhalb des für die Inspektion erforderlichen Bereichs zwischen Inspektionsanordnung und zu untersuchender Oberfläche angeordnet sind; und
(c) Bestimmen der Höhe und/oder Neigung aus der Lage der reflektierten Strahlung auf dem Detektor und/oder Regeln der Höhe und/oder Neigung nach Maßgabe der Lage der reflektierten Strahlung auf dem Detektor.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig.l ist eine schematische Seitenansicht einer Inspektionsanordnung mit einem zu untersuchenden Objekt, in der die Auswirkungen eines Höhenversatzes illustriert sind.
Fig.2 ist eine Draufsicht auf die Anordnung aus Figur 1.
Fig.3 zeigt die Anordnung aus Figur 1, in der die Auswirkungen einer Neigung des zu untersuchenden Objekts illustriert sind. Fig.4 zeigt eine Anordnung ähnlich wie in Figur 1, bei der mit einem
Retroreflektor eine erhöhte Auflösung erreicht wird.
Fig.5 zeigt eine Anordnung ähnlich wie in Figur 1, bei der durch Neigung des
Detektors eine erhöhte Auflösung erreicht wird.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Figur 1 zeigt eine allgemein mit 10 bezeichnete Inspektionsanordnung für Wafer 12. Die Inspektionsanordnung 10 nutzt eines der Verfahren Ellipsometrie, Scatterometrie, Reflektometrie, optische Inspektion, Inspektion mit anderer elektromagnetischer Strahlung und Ultraschallsensorik. Die Inspektionsanordnung kann aber auch ein photolitographisches Verfahren anwenden. Der Wafer 12 liegt auf einem nicht dargestellten Halter auf. Der Halter ist derart ausgebildet, dass der Wafer damit auch in der Höhe und bezüglich der Neigung bewegt werden kann und mit einer geeigneten Bewegungssteuerung ausgerüstet.
Zwischen der Inspektionsanordnung 10 und der mit 14 bezeichneten Oberfläche des Wafers 12 ist ein Zwischenraum 16. Durch diesen Zwischenraum laufen Strahlen, beispielsweise bei berührungslosen, optischen Verfahren, Licht. Es versteht sich, dass Elemente, die in diesem Zwischenraum angeordnet sind, das Inspektionsverfahren stören würden oder verzögern, wenn diese nur zeitweilig eingeklappt oder sonstwie eingesetzt werden.
Der Wafer 12 und jedes andere zu untersuchende Objekt ist im allgemeinen eine flache Scheibe mit einer vergleichsweise planen Oberfläche 14. Es lässt sich also gut ein Abstand zwischen der Oberfläche 14 und einer ausgewählten Ebene der Inspektionsanordnung 10 definieren. Dieser korrespondiert bei der vorliegenden Anordnung mit horizontal angeordnetem Wafer zu der Höhe des Wafers. Auch kann die Neigung der Oberfläche 14 beispielsweise gegenüber der Horizontalen definiert werden. Die oben aufgeführten Verfahren der Inspektionsanordnung sind empfindlich gegenüber der Höhe und der Neigung des Wafers. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist daher eine Messanordnung zur Bestimmung der Höhe und der Neigung der Oberfläche vorgesehen. Die Messanordnung umfasst einen Diodenlaser 18 als Strahlungsquelle. Der Diodenlaser 18 emittiert einen gut kollimierten Laserstrahl 20.
Der Laserstrahl 20 trifft unter einem flachen Winkel auf die Oberfläche 14 des Wafers 12. Der Winkel α des Laserstrahls zur Flächennormalen der Oberfläche 14 beträgt etwa 80°. Man erkennt, dass der Strahl 20 bei diesem Winkel gut durch den Zwischenraum 16 zwischen Inspektionsanordnung 10 und Waferoberfläche 14 gelangt. Die Laserdiode 18 mit den zugehörigen Steuerungs- und Versorgungseinrichtungen ist weit außerhalb des Bereichs 16 angeordnet.
Die Waferoberfläche 14 ist reflektierend. Der Laserstrahl 20 wird daher an einem Punkt 22 an der Oberfläche 14 reflektiert. Der Auftreffpunkt auf der Probe wird so gewählt, dass die Inspektionsanordnung 10 nicht in ihren Aufgaben gestört wird, d.h. geringfügig abseits des aktuellen Inspektionsortes. Der mit 24 bezeichnete, reflektierte Strahl trifft außerhalb des Bereichs 16 auf eine CCD-Kamera 26 mit einer Vielzahl von Bildpunkten, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind.
Bei justierter Anordnung und horizontaler Waferoberfläche 14, bei der die Waferoberfläche genau im Fokus der Inspektionsanordnung 10 liegt, trifft der reflektierte Laserstrahl 24 etwa mittig auf die CCD-Kamera 26. Dieser Punkt ist mit 28 bezeichnet und beschreibt einen Sollwert für die Auftreffposition.
Es gibt Fälle, bei denen der Wafer einen anderen Abstand zur Inspektionsanordnung einnimmt. Dann fällt der Laserstrahl 24 nicht mehr am Punkt 28 auf den Detektor. Figur 1 illustriert den Fall, bei dem der Abstand geringfügig größer ist und der Wafer die mit 30 bezeichnete Lage einnimmt. Man erkennt, dass der Laserstrahl 20 erst am Punkt 32 auf die Waferoberfläche 14 auftrifft. Der gestrichelt dargestellte, reflektierte Strahl 34 trifft dann am Punkt 36 auf den Detektor. Aus der Abweichung der tatsächlichen Lage am Punkt 36 und der Solllage am Punkt 28 kann nun die Abweichung von der Fokuslage des Wafers 12 ermittelt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Halter derart gesteuert, dass der Wafer seine Solllage einnimmt und der nachgeführte Strahl 24 am Punkt 28 auf dem Detektor 26 auftrifft.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung aus Figur 1. Man erkennt, dass zwei Diodenlaser 18 und 38 mit den zugehörigen CCD-Kameras 26 und 40 vorgesehen sind. Die Diodenlaser 18 und 38 sind derart angeordnet, dass die Laserstrahlen 20 und 42 sich im Messbereich überkreuzen. Es ist weder erforderlich, dass beide Strahlen im selben Punkt auf die Waferoberfläche treffen, noch müssen die Einstrahlungswinkel genau gleich sein. Durch die Verwendung zweier Laserstrahlen 20 und 42 lässt sich zusätzlich zum Abstand auch die Neigung der Waferoberfläche 14 erfassen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in Figur 2 der Fall illustriert, bei dem die Waferoberfläche 14 um eine Achse geneigt ist, welche der Projektion der Verbindungsachse zwischen Laserdiode 38 und CCD-Kamera 40 auf die Waferoberfläche 14 entspricht. Das ist durch einen Pfeil 44 repräsentiert. Durch die Neigung werden beide Laserstrahlen auf unterschiedliche Weise abgelenkt. Die Abweichung vom Sollwert ist am Detektor 40 größer als am Detektor 26. Aus der Ablenkung lässt sich die Neigung gegenüber der Horizontalen bestimmen. Wie beim Abstand kann der Halter derart gesteuert werden, dass der Wafer eine Solllage einnimmt.
Figur 3 zeigt den Fall einer gegenüber einem horizontalen Wafer 12 geneigten Wafer 58 von der Seite. Der geneigte Wafer 58 ist gestrichelt dargestellt. Man erkennt, dass der Laserstrahl 20 zwar an der gleichen Stelle 22 an der Waferoberfläche 14 reflektiert wird, aber unter einem anderen Winkel. Dies führt dazu, dass der abgelenkte Strahl 50 weiter oben auf dem Detektor 26 auftrifft. Eine Neigung in der anderen Richtung führt entsprechend dazu, dass der Strahl 50 weiter unten auf dem Detektor 26 auftrifft.
Figur 4 zeigt eine Anordnung gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel mit erhöhter Auflösung. Die Anordnung ist identisch mit der Anordnung aus Figur 1. Der Detektor 126 ist jedoch nicht gegenüber der Strahlungsquelle 118 angeordnet, sondern auf der gleichen Seite. Der von der Laserdiode 118 erzeugte Strahl 120 wird an der Waferoberfläche 122 am Punkt 124 reflektiert. Der reflektierte Strahl 126 trifft auf einen Retroreflektor 128 mit zwei Planspiegeln. Dort wird der Strahl 126 mit einem Versatz zurückreflektiert. Der zurückreflektierte Strahl 130 trifft am Punkt 132 erneut auf die Waferoberfläche 122. Der Punkt 132 ist aufgrund des Strahlversatzes an einer anderen Stelle als der Punkt 124. Der von der Waferoberfläche erneut reflektierte Strahl 134 trifft schließlich am Punkt 136 auf den Detektor 126.
Wenn nun die Waferoberfläche 122 beispielsweise weiter unten liegt, ändert sich der Strahlverlauf. Die Waferoberfläche mit größerem Abstand ist in Figur 4 gestrichelt dargestellt und mit 138 bezeichnet. Man erkennt, dass der Strahl 120 an einem anderen Punkt auf der Waferoberfläche, nämlich bei 140 reflektiert wird. Nach Durchlaufen des Retroreflektors 128 trifft der Strahl 142 wieder auf den Wafer und am Punkt 144 auf den Detektor. Es ist leicht einsichtig, dass der durch die Abstandsänderung erzeugte Versatz des Auftreffpunktes 136 auf dem Detektor mit Retroreflektor 128 größer ist, als ohne. Auf diese Weise wird die Auflösung der Messanordnung und somit die Empfindlichkeit erhöht.
Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Empfindlichkeit der Anordnung erhöht wurde, indem der Detektor 226 derart geneigt wurde, dass ein Winkel zwischen der Flächennormale der Detektoroberfläche und dem auftreffenden Strahl 228 besteht. Je flacher der einfallende Strahl auf die Detektoroberfläche fällt, desto mehr wird das Signal der Neigung der zu untersuchenden Oberfläche verstärkt. Man erkennt, dass der Abstand zwischen den Auftreffpunkten am Detektor zwischen den Strahlen 224 und 228 bei geneigtem Detektor - hier mit 230 bezeichnet - größer ist als der Abstand 232 bei dem gestrichelt dargestellten senkrecht angeordneten Detektor 26. Da die Abbildung des Strahls 220 bzw. 228 auf einer geneigten Detektorfläche eine Erhöhung der Elliptizität des Strahlprofils bewirkt, ist vor der Laserdiode eine geeignete Optik zur Strahlanpassung vorgesehen (nicht dargestellt).

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zum Untersuchen einer zumindest teilweise reflektierenden Oberfläche eines Wafers oder anderen Objekts, enthaltend
(a) einen Halter zum Halten des Objekts;
(b) eine im Bereich vor der zu untersuchenden Oberfläche beabstandet angeordnete Inspektionsanordnung; und
(c) eine Messanordnung zur Bestimmung des Abstands und/oder der Neigung der Oberfläche zur Inspektionsanordnung;
gekennzeichnet durch
(d) eine Strahlungsquelle, deren Strahlung unter einem Winkel auf die zu untersuchende Oberfläche gelenkt wird; und
(e) einen ortsauflösenden Detektor zur Aufnahme der von der zu untersuchenden Oberfläche reflektierten Strahlung aus der Strahlungsquelle, wobei
(f) die Strahlungsquelle und der Detektor außerhalb des für die Inspektion erforderlichen Bereichs zwischen Inspektionsanordnung und zu untersuchender Oberfläche angeordnet sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Strahlungsquellen an unterschiedlichen Positionen mit jeweils einem zugehörigen Detektor, insbesondere in gekreuzter Anordnung, vorgesehen sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Mittel zur Bestimmung der Höhe und/oder Neigung der zu untersuchenden Oberfläche aus der Lage des reflektierten Strahls auf dem Detektor.
4. Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter oder das Objekt in dem Halter beweglich angeordnet ist und die Neigung und/oder Höhe der zu untersuchenden Oberfläche einstellbar ist, so dass ein Sollwert der Lage des reflektierten Strahls auf dem Detektor erreicht wird.
5. Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel unter dem die Strahlung aus der Strahlungsquelle auf die zu untersuchende Oberfläche gelenkt wird, im Bereich von 45° bis 85° zur Flächennormale auf die zu untersuchende Oberfläche liegt.
6. Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle von einer Laserdiode oder von einer mit einer KoUimationsoptik versehenen LED gebildet ist oder von einer Strahlungsquelle mit ausgedehntem Wellenlängenspektrum, mit welchem Interferenzen an wiederkehrenden Strukturen der zu untersuchenden Oberfläche detektierbar sind.
7. Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor von einem Charge-Coupled-Device (CCD), einem CMOS, oder von einem anderen Flächendetektor mit hoher Ortsauflösung gebildet ist, oder dass der Detektor positionsempfindliche Photodioden oder Quadrantendioden umfasst.
8. Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Retroreflektor, eine Retroreflexionsfolie oder ein anderer geeigneter Reflektor vorgesehen ist, mit welchem die von der Strahlungsquelle erzeugte Strahlung mehrfach über die zu untersuchende Oberfläche leitbar ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Retroreflektor mit zwei oder drei reflektierenden Flächen oder ein totalreflektierendes Prisma vorgesehen sind.
10. Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoroberfläche derart angeordnet ist, dass die detektierte Strahlung einen Winkel mit der Flächennormale der Detektoroberfläche bildet.
11. Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle polarisiertes Licht erzeugt und ein Analysator vor dem Detektor angeordnet ist.
12. Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Modulationsmittel zur Modulation der Intensität der Strahlungsquelle.
13. Inspektionsverfahren zum Untersuchen einer zumindest teilweise reflektierenden Oberfläche eines Wafers oder anderen Objekts mit einer im Bereich vor der zu untersuchenden Oberfläche beabstandet angeordneten Inspektionsanordnung, bei dem der Abstand und/oder die Neigung der Oberfläche zur Inspektionsanordnung bestimmt wird
gekennzeichnet durch die Schritte
(a) Beleuchten der zu untersuchenden Oberfläche mit Strahlung aus einer Strahlungsquelle unter einem Winkel;
(b) Detektieren der von der zu untersuchenden Oberfläche reflektierten Strahlung aus der Strahlungsquelle mit einem ortsauflösenden Detektor; wobei die Strahlungsquelle und der Detektor außerhalb des für die Inspektion erforderlichen Bereichs zwischen Inspektionsanordnung und zu untersuchender Oberfläche angeordnet sind; und
(c) Bestimmen der Höhe und/oder Neigung aus der Lage der reflektierten Strahlung auf dem Detektor und/oder Regeln der Höhe und/oder Neigung nach Maßgabe der Lage der reflektierten Strahlung auf dem Detektor.
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